庄圣贤[1]1999年在《无传感速度伺服矢量变频调速系统的研究》文中指出本文研究了无传感速度伺服矢量变频调速系统中的异步电机静态参数辨识;转子磁链观测与转速的估计与控制、定子电流调节等问题。提出了基于离散MRAS的异步电机静态参数辨识,并提出非线性控制的闭环转子磁链观测以及基于自适应内模控制的定子电流鲁棒调节等方法;研制了用DSP实现的无传感速度伺服矢量变频调速系统并对所研究的问题进行了仿真分析和实验验证,得到了较好的转速控制性能。 基于转子磁场定向下的异步电机模型,提出了异步电机静态参数的离散MRAS辨识方法。将异步电机静止时的模型离散化得到了ARMA参数辨识模型,给出了模型参数与电机参数的相互关系;根据MRAS系统的设计原理,以定子电压和电流作为模型的输入和输出,推导模型参数辨识的递推算法;讨论辨识输入信号的设计和采样频率的选择;用DSP实现了对电压型PWM逆变器供电的异步电机参数辨识,且将离散MRAS的辨识结果与最小二程法(RLS)的辨识结果作了比较,验证了基于离散MRAS的异步电机静态参数辨识的效果。 基于电压模型和电流模型的转子磁链观测器的参数敏感性分析,提出了一种具有非线性速度增益控制的闭环转子磁链观测器,使电压模型和电流模型的磁链观测能较好地结合。在转速的估计中,对转速的开环和基于闭环磁通观测的MRAS(MRAS—CLFO)速度估计进行了分析;设计了带有机械模型的MRAS—CLFO转速估计所等效的PID控制器;利用一种自适应陷滤波器对基于转子槽谐波电流的转速估计进行了讨论与分析,并采用以基于转子槽谐波的转速估计作为参考对转子时间常数和机械模型参数的自适应进行在线校正;通过仿真分析验证了所提出转子磁链观测器与转速估计的优越性能。 基于转子磁通同步坐标下的电压方程,提出了异步电机定子电流的内模(IMC)自适应控制。用灵敏度和互补灵敏度函数讨论了在系统具有模型不确定性时H_2、H_∞鲁棒控制和内模控制器的性能,设计了IMC电流调节器;分析了IMC电流调节器的鲁棒性;用多变量系统RLS辨识方法对IMC控制中的参数作了校正,给出了IMC控制器的离散实现方法;仿真分析了定子电流IMC控制的调节性能并与与PI调节作了较详细的比较。 本文还用解析法分析了转子参考磁通的选择对输出转矩的影响。对电流受
黎永华[2]2010年在《基于双滑模的无传感器永磁同步电机控制系统研究》文中提出由于异步电机转动要靠定子电流为转子励磁,而永磁同步电机转子是永磁体直接产生磁场不需要电励磁,因此永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、效率高、形状和尺寸灵活多样等优点,现广泛应用于数控系统、工业机器人等领域。传统的永磁同步电机调速系统是采用自控式变频变压调速,系统需要在电机转轴上安装位置传感器,通过传感器反馈的位置信息实现闭环控制,但传感器的存在,不仅降低了电机的可靠性,增大了电机的体积,且较大地增加了电机的成本,制约了永磁同步电机的广泛应用,因此对无传感器永磁同步电机调速系统的研究具有非常重要的意。本义文主要内容有:简单介绍了几种常见的无位置传感器同步电机控制策略,本文采用基于滑模观测器法来实现无传感器永磁同步电机的调速控制。深入分析了永磁同步电机矢量控制原理,探讨了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型,建立了永磁同步电机速度、电流双闭环矢量系统模型。深入分析了滑模观测器实现无传感器永磁同步电机调速系统的原理以及滑模观测器的抖振问题,给出了构建滑模观测器的方法,并利用饱和函数法改进了传统滑模测观器。分析了抗干扰能力强的变结构速度调节器在永磁同步电机调速系统中的优势,并用其取代了经典PI速度调节器实现双滑模调速系统。利用MATLAB仿真工具建立了基于双滑模的无位置传感器永磁同步电机调速系统仿真平台,通过仿真实验研究检验了该系统的有效性,仿真结果表明了基于双滑模的调速系统具有良好的动静态性能。简单说明了实验的软硬件环境,在TI的TMS320F2812芯片上实现了基于双滑模的调速系统控制算法,并在实验室团队共同设计的硬件环境下用日本三洋的两台不同永磁同步电机完成了空载以及带负载运行实验,实验结果表明基于双滑模的无传感器永磁同步电机调速系统具有实际可行性,并且具有较强鲁棒性。
尚喆[3]2007年在《永磁同步电动机磁场定向控制的研究》文中认为永磁交流伺服系统作为电气传动领域的重要组成部分，在工业、农业、航空航天等领域发挥越来越重大的作用。永磁同步电动机以其显著特点广泛应用于中小功率传动场合，成为研究的重要领域。本文主要围绕如何提高永磁同步电动机的控制性能，借助自行开发的全数字永磁交流伺服系统控制平台，对永磁同步电动机的磁场定向控制进行深入分析，并就磁场定向下的有位置传感器控制方法以及无传感器控制进行了研究。进而提出一种高精度的混合控制方法，对前文方法本身存在的不足进行了弥补与改善，更进一步提高了系统控制精度。详细分析了电机在静止三相，静止两相以及旋转两相坐标系下的数学模型，深入讨论了基于磁场定向的矢量控制与直接转矩控制的原理与实现方式，为后续的研究奠定了基础。对五种矢量控制形式进行了阐述，对其各自的特点、适用场合、特性曲线进行了对比与分析。对直接转矩下的负载角对性能的影响及其与电磁转矩的关系进行了分析。最后通过仿真与实验重点对比了两种磁场定向控制方法的动态与静态控制性能，对两者的异同点作出了结论。对神经网络在矢量控制中的应用进行了探讨，将多用于机器人控制的CMAC神经网络引入矢量控制，与传统PID调节器共同构建复合控制器对速度进行调节，小脑模型神经网络控制器实现前馈控制，通过训练获得非线性被控对象的逆动态模型，常规PID控制实现闭环反馈控制，保证系统的稳定性且抑止扰动，采用改进的Albus算法提高网络学习和收敛的速度，通过与单纯PID控制效果的对比，该方法提高了系统的动、静态性能与鲁棒性。提出一种空间矢量转矩控制方法，其本质是基于空间矢量PWM调制的直接转矩控制，利用直接转矩控制中检测与估算的信号根据定子电压计算模型进行推导，得出定子电压的两相运动坐标系分量并合成定子电压。充分借助SVPWM连续调节的优点，回避了传统直接转矩控制通过六个离散的基本空间矢量对定子磁链及电磁转矩实施控制而造成的转矩与电流脉动。设计了空间矢量转矩控制的结构，并进行了仿真与实验研究，结果证明了该方法的有效性。现代交流传动系统对其伺服控制的低速性能及精度提出了越来越高的要求，低速性能作为衡量伺服系统性能的重要指标引起人们的重视。本文详细分析了定子电流、摩擦力、齿槽效应以及控制系统本身等几个主要因素对电机低速性能造成的影响，并针对这些因素提出了相应的解决办法，提出一种基于给定转速改变调节器结构及参数的控制方案，能够有效减小因定子电流扰动、齿槽效应以及摩擦力带来的转速波动，并针对算法实现环节对低速性能的影响进行了补偿，有效提高了电动机的低速性能。上述磁场定向下的控制方法均需依靠位置传感器进行，本文还对磁场定向下的无传感器控制问题进行了研究。对现有的一些无传感器控制方法作出归纳后，首先对无传感器控制中的电机转子初始位置检测问题进行了研究，分析了初始位置检测原理并提出一种基于渐变电压矢量注入的初始位置检测方法，仿真与实验研究证明了设计的有效性。重点对基于扩展卡尔曼滤波器的无位置传感器磁场定向控制方法进行了研究，分析了扩展卡尔曼滤波器的递推原理，首先在矢量控制中加以实现；并针对直接转矩控制的特点，设定不同的输入与输出量，利用同一种原理在不同控制方法下进行了新的尝试，由于卡尔曼滤波器不需要准确的初始值，所以解决了直接转矩控制对转子初始位置的要求，该方法实现了定子磁链和转子转速的估算，能够有效提高定子磁通观测的准确性，对电动机参数变化、负载扰动具有较强的鲁棒性。为达到更高精度的控制性能，本文提出一种基于β角变换的混合控制方法。在矢量图中定义了β角并根据电磁转矩方程推导出最大电磁转矩对应的β值，以此为基础分析了i_d=0控制下电磁转矩、负载变化与β角的关系。设计了基于β角观测的混合控制方法，在不同情况下采取频率换向或位置换向的不同控制方式，并设计过渡控制消除两者切换造成的波动。推导了β角的稳定工作范围并研究了不同控制方式的切换条件。仿真与实验结果证明了设计的有效性。在此基础上，本文设计了基于混合控制的PMSM无传感器控制方法，充分考虑频率换向无需位置传感器的特点，使系统大部分时间运行在高精度的无传感器控制方式，仅在启动及负载突变时改用无传感控制模式下的位置换向方式，并将本文研究的基于卡尔曼滤波器的无传感器控制方法成功引入位置换向工作方式中，将混合控制良好的与无传感器控制融合起来。该方法在提高控制精度的基础上去除了位置传感器，并且降低了系统对非精确信号检测与计算的依赖，为永磁同步电动机的无传感器控制提出一种新的思路。
舒望[4]2007年在《永磁同步电机控制系统及无传感器技术研究》文中研究表明永磁材料的迅速发展以及各种控制策略的产生，使得永磁同步电机在交流伺服领域获得了越来越广泛的应用，本文的工作立足于提高永磁同步电机控制系统性能，同时做到节约成本；主要从高精度与无传感器两个方面进行研究，并结合二种方法，做到取长补短。首先介绍永磁同步电机控制系统的组成与发展历程，对控制系统的各部分：永磁电机、PWM控制方式和传感器技术作了原理说明，简述了无传感器控制的原因与方法，为深入研究无传感器控制作铺垫。在永磁电机数学模型的基础上，比较分析了两种主流的控制方式：SPWM和SVPWM，由它们各自的控制原理及通过器件实现方式的角度，考察应用在电机高精度控制时，转速精度的优劣，综合比较得出结论：SVPWM更胜一筹。无传感器控制是今后发展的一个主要方向，本文选择的方法是扩展卡尔曼滤波器法，该算法对非线性且含有噪声的电机系统来说十分适合。先介绍了其数学原理，并将该方法与电机数学模型进行结合，通过Matlab/Simulink环境从仿真的角度验证了可行性，并总结出参数选取的原则，最后在实验平台上实做该方法，证明其控制效果。为结合高精度控制与无传感器控制，并考虑两种方法之间的切换时机与依据，提出混合控制法，从而使控制系统即具有较好的稳定性，又有很好的转速精度；为更全面地研究，也作了高精度控制与带传感器控制的混合控制，仿真与实验的结果均证明混合控制的实用性与有效性。最后介绍了本实验所用的平台，从软、硬件分别作介绍。对软件流程中几种不同的转子位置计算法进行区分，软件采用汇编语言与C语言混合编程，在计算量要求较大的程序段保留汇编，总结了使用汇编完成高效计算的原则。另外就电机控制中遇到的噪声与扰动问题作了分类说明。
李超[5]2013年在《基于滑模观测器的无传感PMSM驱动控制系统的研究》文中认为随着功率半导体器件、转换器拓扑结构、微处理器、计算机辅助设计技术以及现代控制理论等不断的先进化发展,交流永磁同步电机(PMSM)的各种无传感控制技术在不断的被完善并得以良好的实现,永磁同步电机无传感驱动系统也因此在变速电机控制领域日益受到广泛的关注。本文以变频空调中驱动空调压缩机的无传感永磁同步电机这一实际应用作为课题研究背景,以基于滑模观测器法(SMO)的无传感表贴式永磁同步电机驱动控制系统作为研究对象,完成一套适用于永磁同步电机矢量变频调速系统的无传感驱动方案。论文首先通过描述永磁同步电机的转子设计特点来引出表贴式永磁同步电机的物理结构,并在一定假设条件下分析、建立了永磁同步电机的数学模型。对永磁同步电机按照d、q轴电流组合控制方式的不同而形成的五种电流矢量控制方案进行了分析,其中对屯=0的电流矢量控制方案作出了较为细致的描述,并确定采取该方案进行系统电流内环的控制。其次,从滑模变结构控制的历史发展、基本原理以及基本要素等几方面对该控制理论进行了详尽描述,并详细阐述了滑模观测器法利用电机定子电流实测量、估计量之间的偏差持续修正观测模型来估计转子位置、转速的传统原理。提出基于扩展卡尔曼滤波的反电势滤波器、引入饱和函数的改进型电流观测器模型以及锁相环技术等改进措施,来解决传统滑模观测器方法中出现的估计反电势精度不高、滑模抖振现象严重、微分转子位置难以获得平滑估算转速等问题,通过Simulink仿真实验验证基于上述改进措施的新型滑模观测器检测转子位置、转速方案的可行性、准确性。最后,在理论仿真分析工作的基础之上,通过硬件系统平台的搭建并进行一系列相关实验研究,对本文所设计的基于滑模观测器的无传感永磁同步电机矢量驱动系统作进一步系统性能验证分析,以TI公司设计推出的高运行性能DSP TMS320F2808为硬件系统核心处理器设计控制平台,得到平台验证与仿真验证基本一致的结果,验证了系统设计的可行、有效。
武玉婷[6]2012年在《基于STM32的交流永磁同步电机伺服控制技术的研究》文中进行了进一步梳理近年来，随着高性能永磁材料技术、电力电子技术、微电子技术的飞速发展以及矢量控制理论、自动控制理论研究的不断深入，永磁同步电机伺服控制系统得到了迅速的发展。尤其是全数字化微处理器技术的发展，使永磁同步电机在工农业生产、家电设备、交通运输、以及航空航天等领域得到了广泛的应用。本文以STM32作为核心处理器，采用FOC+SVPWM相结合的控制技术，针对价格敏感的工业控制领域，研究并设计一款高性能双闭环交流伺服控制系统。首先阅读了大量的相关资料，在充分理解永磁同步电机的结构的基础上，建立了永磁同步电机数学模型，详细分析了矢量控制技术和脉宽调制技术的原理和应用，认真推算了坐标变换过程中的相关数学公式。在矢量控制技术的基础上应用id=0的控制策略，使交流电机具有直流电机一样简单的控制特性。其次，在伺服控制技术理论分析的基础上，分别从软件和硬件出发进行系统设计。整个系统的硬件采用交—直—交变压变频的设计思路，功率逆变单元采用先进的智能功率模块IPM。此外，还设计了STM32控制单元的外围接口电路、电流检测和速度检测电路以及辅助开关电源等。软件上从系统程序和功能模块出发进行了相关的设计，最后设计了电流环和速度环的PI调节。最后，采用Matlab/Simulink搭建了系统的各功能子模块，并对双闭环控制系统进行了整体仿真，然后针对仿真结果图进行了分析和总结。最后展示了本课题的实际成果，充分的证明了基于STM32的永磁同步电机伺服控制技术研究的实际应用价值。
蔡旋[7]2008年在《永磁同步电机的无传感矢量控制》文中提出本文以永磁同步电机及其控制系统为研究对象。在永磁同步电机的原理与特性分析基础上,分析与构建了正弦波式永磁同步电机(SPMSM)的数学模型。对永磁同步电机的定子电流、定子电压、转子磁链进行了公式推导,从而进一步得出永磁同步电机的转矩方程和运动方程。通过坐标变换实现对永磁同步电机的解耦,将定子电流分解成互相垂直的励磁分量和转矩分量。通过对励磁分量和转矩分量的分别控制以达到控制电机的转速和输出转矩,达到如控制直流电机一般的效果。文中PMSM控制系统将基于磁场定向原理(FOC)的矢量控制与基于滑模变结构(SMC)的自适应控制相结合,在SVPWM控制基础上,采用无位置和无速度传感器控制技术。对无位置传感器算法进行了较为全面的介绍和分析,通过探讨,选用了鲁棒性能较强的滑模控制算法。文中介绍并改进了一种基于滑模算法的状态观测器,观测器根据定子侧可测的电流、电压值估算出磁场定向控制所需要的位置信息和转速控制器的输入反馈转速信息。本文在对系统特征以及控制策略分析的基础上进行了实验验证,进行了系统硬件和软件方面的设计。硬件主要包括电源部分、芯片及其外围接口电路部分、IPM功率模块部分、反电动势回路部分、处理器采用dsPIC30F。软件部分包括滑模控制算法模块、转子位置和速度的估计、矢量坐标变换及SVPWM实现模块、PI控制模块。实验结果与理论相符,验证了控制策略的可行性。
张金超[8]2008年在《基于PID神经网络的三相感应电动机调速控制系统的研究》文中指出矢量控制技术属于交流调速领域的高性能变频调速技术,目前,在该领域得到了深入的研究,并以其优良的性能得到了广泛应用。但是转子磁链计算精度受易于变化的转子电阻的影响,转子磁链的角度精度影响定向的准确性。针对矢量控制技术的不足,有很多研究者从多方面进行了改进。以人工神经网络控制为代表的智能控制方法的出现为提高交流调速系统性能提供了有效的控制方法。把智能控制技术和矢量控制方法结合起来,成为国内外电气传动工作者研究的热点,但都没有到大规模实用的程度,将神经网络控制方法和传统控制方法结合起来应用到交流调速系统当前正处于研究阶段。因此,在这些方面的研究是很有意义的。PID神经网络是一种动态神经网络,具有结构简单和系统稳定的特点,克服了传统神经网络的稳定性差和设计复杂等缺点。本论文将PID神经网络控制方法引入交流传动系统,并与常规控制方法相结合,力图以新的控制方式提高系统的动态性能和鲁棒性。论文在深入分析PID神经网络原理的基础上,研究将PID神经网络控制算法应用于感应电机调速控制,并和矢量控制相结合以设计性能更优良的调速系统。针对目前神经网络应用于自动控制系统的实用性方法,设计研究了两种神经网络控制策略：其一是直接运用SPIDNN作为速度控制器,组建一个自适应速度控制系统；其二是用MPIDNN神经网络来构建交流感应电机的动态逆系统,实现三相感应电机调速系统的解耦和线性化。在详细阐述控制原理和算法的基础上,利用具有交互功能的MATLAB/Simulink仿真工具平台,对其进行了仿真研究,仿真结果表明加入了PID神经网络的应用使控制系统具有更好的控制效果。
鲁文其[9]2010年在《永磁同步电机工程伺服系统若干关键技术研究》文中研究表明永磁同步电机具有转矩脉动小、转矩/惯量比大、效率高等优点,在现代交流电机中占有举足轻重的地位。近年来随着电力电子技术、控制技术、电机技术等的发展,永磁同步电机伺服系统正朝着大功率工程化方向发展,本文称这类大功率工程应用的伺服系统为永磁同步电机工程伺服系统,它有一些特殊的关键技术,如重载驱动、大功率、抗扰动、无传感器等。本文针对其中的三个关键技术:重载驱动技术、抗扰动自适应控制技术和无位置传感器控制技术进行了一些研究和探索。重载驱动技术是提高传统机械压力机柔性化水平的核心技术,本文以曲柄伺服压力机为对象展开永磁同步电机工程伺服系统的重载驱动技术研究。首先介绍了曲柄伺服压力机样机和重载伺服驱动系统各自的设计方案,以永磁同步电机和电容储能装置的组合(本文称之为重载系统)取代传统机械压力机的异步电机和机械飞轮-离合器组合。在此基础上,对压力机的负载特性作了分析,为使设计的永磁同步电机工程伺服系统够满足压力机重载驱动的动力要求,对重载系统的若干关键参数进行了理论分析,并提出了参数近似计算的方法及解析公式。为节约开发成本及周期,对尚未建立起来的系统进行方案及可行性分析,基于C++Builder和Matlab开发了曲柄伺服压力机机电一体化的仿真软件。以一台80吨的曲柄压力机为应用对象,对电容储能参数与电机运行速度之间的规律进行了探索,提出了适合伺服压力机局部可控运行的电容储能参数设计方案。基于该方案,分析伺服电机的恒速驱动模式,提出了电容组储能参数选取的设计方法及一组较合理的参数。在此基础上,为实现压力机的变速驱动和多适应能力,重点对伺服驱动器的控制参数和压力机的出力能力作了详细分析,并给出了重要结论。本文设计该驱动系统硬件装置(试验平台1)进行了仿真和试验验证。结果证明,本文提出的参数解析公式和设计方案是合理的,开发的仿真软件是正确的,基于伺服电机恒速和变速驱动仿真分析所得的结论也是准确的。据此研制的电容储能硬件装置作为压力机冲压加工的一套蓄能装置,不仅实现了传统机械压力机机械飞轮的助力功能,而且减缓了冲压过程峰值电流对电网的冲击。基于该蓄能装置的永磁同步电机工程伺服系统能够满足压力机重载驱动的动力和控制要求,这为进一步实现重载系统参数的优化和提高机械压力机的柔性化水平奠定了基础。永磁同步电机工程伺服系统由于功率大、负荷重、工作现场条件恶劣,其性能常会受到负载特征参数变化(视为扰动)的影响。本文以抑制负载力矩和惯量扰动为目标,基于为抑制某种扰动而采用先辨识该扰动再进行补偿或自整定的思想,提出了一种具有抗扰动功能的自适应控制方法。其中基础性问题是扰动的有效“观测”,针对时变惯量,设计了基于朗道和梯度思想的两种辨识方法,针对时变负荷,提出了一种简单的降维负载观测器对负载力矩作辨识。构造了各自算法的仿真模型,并设计了交流电机控制平台(试验平台2),以一台面贴式永磁同步电机为对象作仿真和试验研究,结果验证了各自算法的正确性,朗道算法的收敛时间优于梯度算法,梯度算法的辨识精度高于朗道算法;负载力矩观测器能够有效的辨识出负载力矩的大小,且动态响应性能较好。本文提出的自适应控制方法采用朗道算法作惯量的辨识,并用辨识得到的结果去调整控制器参数;同时将负载观测器辨识得到的结果前馈补偿到交轴电流侧。由仿真和实验结果知,基于朗道算法的参数自整定方法能够在惯量变化时作控制器参数的自调整,相比无参数自整定的系统,速度响应性能得到提升。用辨识得到的负载力矩值对变载引起的速度扰动作补偿,同样改善了速度响应性能。因此,本文提出的自适应控制方法对惯量和负载力矩扰动都具有抑制作用,能够应用在一些时变负荷、慢变惯量的驱动场合。在环境条件比较恶劣的工作场合,为解决物理传感器存在而引起永磁同步电机工程伺服系统在应用时出现的局限性问题,本文首先对永磁同步电机无位置传感器控制的关键技术——转子位置的估算展开研究。研究了适合中高速场合运行的估算方法——滑模观测器,目的是扩展其低速运行领域。鉴于目前所查资料中,针对基于传统数学模型滑模观测器作改进的一些方法中存在的问题,本文提出了一种新的基于数学模型改进的滑模观测器算法,它将估算反电势负反馈引入到传统定子电流观测器的数学模型中,通过选择合适的反馈值可以提高低速时转子位置的估算精度和中高速时系统的稳定性;文中构造了系统的仿真模型,以一台面贴式永磁同步电机为对象,基于试验平台2进行了分析。实验结果显示,传统滑模观测器能够实现转子位置估算的最低速度为50r/min,而同样条件下数学模型改进型滑模观测器的低速可以扩展到8r/min;中高速运行时估算精度及稳定性较好,且该算法对负载变化具有很强的鲁棒性。研究了适合零速场合运行的估算方法——电压脉冲矢量法,详细的分析了其检测原理及实施策略,并设计了控制器(试验平台3)作测试,结果验证了算法的有效性。其次,在前面对基于数学模型改进型滑模观测器的转子位置估算理论作验证的基础上,为实现永磁同步电机工程伺服系统的无位置传感器闭环矢量控制,本文提出了电机在宽转速范围运行时转子位置信息估算的自适应控制方法——反电势反馈增益系数的自适应律。对于转子速度,本文采用锁相环进行控制。为验证算法的有效性,本文基于试验平台2作了测试。实验结果显示,基于自适应律和锁相环控制的数学模型改进型滑模观测器能够在永磁同步电机较低速(5r/min)运行时准确的估算出转子位置和速度;基于该算法的无位置传感器矢量控制调速系统,在中高速领域变速运行,动态响应较好,估算转子位置和实际转子位置重合;在低速领域,估算转子位置能够有效的跟踪实际转子位置,15r/min(1%额定转速)以上的速度范围内无位置传感器控制可代替传感器控制,该无位置传感器矢量控制系统具有调速范围宽、鲁棒性强的特点。
刘英培[10]2010年在《PMSM直接转矩控制方法及实验研究》文中提出永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、功率密度大和效率高等优点,随着电力电子技术及现代控制理论的迅速发展,永磁同步电机得到了广泛地应用。PMSM直接转矩控制(DTC)动态性能好,系统鲁棒性强,已成为学术界研究热点。本文在PMSM传统DTC理论基础上,深入研究PMSM DTC速度环控制方法、定子磁链估计以及无传感器运行转速估计方法,并进行相应地仿真分析和实验研究。本文的主要内容和创新点:1.设计了基于自抗扰控制(ADRC)PMSM DTC速度调节器。ADRC采用非线性控制方法,由跟踪-微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)、非线性状态误差反馈(NLSEF)和扰动补偿四部分组成,具有实时估计系统所受扰动并进行补偿的能力。为了抑制负载及摩擦力矩变化等外部扰动,以及电机参数变化等内部扰动对PMSM伺服系统产生的影响,将以上参数的变化视为系统所受扰动,利用TD对给定转速信号提取合适的过渡过程;根据实际转速信号利用ESO实时估计系统状态及系统所受扰动量;利用NLSEF得到电磁转矩初始控制量,在此基础上,将扰动估计值进行实时前馈补偿,得到电磁转矩最终控制量,提高系统对电磁转矩的控制能力。仿真和实验结果表明,从低速到高速运行范围内,该方案均有效地削弱了系统运行中所受扰动影响,抗干扰能力得到了较大程度地提高。2.设计了基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)PMSM定子磁链和转速估计方法。传统DTC系统一般采用电压积分法计算定子磁链,由于积分器存在误差累积和积分饱和等问题,定子磁链估计常常不准确;此外,机械速度传感器的使用带来电机体积增大、维护不便等问题。本文设计的磁链和转速估计观测器建立在两相静止坐标系下,将PMSM电压和电流作为EKF观测器的输入信号,以定子磁链、转速作为EKF观测器状态变量,能够同时进行磁链和转速估计。算法采用估计误差均方差最小原则,因而避免了传统方法的缺陷。仿真和实验结果表明,该方法有效地降低了磁链和转矩脉动,提高了PMSM DTC系统稳态运行性能,转速估计准确,实现了无传感器运行,同时保持了DTC固有的动态响应快的优点。3.研究了基于EKF永磁同步电机SVM直接转矩控制。传统DTC采用滞环比较器和开关电压矢量选择表,是产生磁链和转矩脉动的主要原因之一,同时导致逆变器开关频率不恒定。本文第五章分析电压空间矢量调制技术(SVM)两种实现方法,指出两种实现方法的区别,分析表明基于SVM第二种实现方法逆变器开关损耗更小。将EKF磁链和转速观测器与SVM DTC有效结合,取代传统DTC滞环比较器和开关电压矢量选择表,保证逆变器开关频率恒定,进一步减小磁链和转矩脉动。通过仿真和实验对该方法进行了验证。
参考文献：
[1]. 无传感速度伺服矢量变频调速系统的研究[D]. 庄圣贤. 电子科技大学. 1999
[2]. 基于双滑模的无传感器永磁同步电机控制系统研究[D]. 黎永华. 华南理工大学. 2010
[3]. 永磁同步电动机磁场定向控制的研究[D]. 尚喆. 浙江大学. 2007
[4]. 永磁同步电机控制系统及无传感器技术研究[D]. 舒望. 浙江大学. 2007
[5]. 基于滑模观测器的无传感PMSM驱动控制系统的研究[D]. 李超. 东北林业大学. 2013
[6]. 基于STM32的交流永磁同步电机伺服控制技术的研究[D]. 武玉婷. 西安工程大学. 2012
[7]. 永磁同步电机的无传感矢量控制[D]. 蔡旋. 哈尔滨工业大学. 2008
[8]. 基于PID神经网络的三相感应电动机调速控制系统的研究[D]. 张金超. 东北大学. 2008
[9]. 永磁同步电机工程伺服系统若干关键技术研究[D]. 鲁文其. 南京航空航天大学. 2010
[10]. PMSM直接转矩控制方法及实验研究[D]. 刘英培. 天津大学. 2010
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