本文關(guān)鍵詞：基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機無傳感器控制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 永磁同步電機 無位置傳感器控制 擴張狀態(tài)觀測器 I/F起動控制 平滑切換

【摘要】：目前,在中小功率伺服驅(qū)動領(lǐng)域,永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其結(jié)構(gòu)簡單、功率密度大、效率高、運行平穩(wěn)等優(yōu)點,已經(jīng)成為主流之選。矢量控制作為實際工業(yè)應(yīng)用中最廣泛的永磁同步電機控制策略,它能夠同時滿足對速度和電流的精確控制,實現(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的速度和位置控制。在高性能永磁同步電機控制系統(tǒng)中,需要隨時獲取精確的轉(zhuǎn)子位置和速度信息,一般在轉(zhuǎn)子軸上安裝機械式傳感器直接測量電機的轉(zhuǎn)速和位置,以實現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)速和位置閉環(huán)控制。高精度位置傳感器的安裝不僅降低了系統(tǒng)的可靠性和抗擾能力,同時還增加了控制系統(tǒng)的體積重量和成本。因此無位置傳感器控制技術(shù)的研究成為目前的研究熱點和關(guān)鍵技術(shù)。本文基于一臺表貼式永磁同步電機,針對觀測器技術(shù)在PMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及實現(xiàn)進行了相關(guān)研究。本文首先從一階狀態(tài)觀測器的設(shè)計出發(fā),介紹了非光滑反饋控制相較于線性反饋控制對狀態(tài)觀測器穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能的影響,設(shè)計了一階線性狀態(tài)觀測器、滑模觀測器以及改進型滑模觀測器,通過實驗進行對比分析。針對一階觀測器動態(tài)響應(yīng)慢,滑模觀測器的“抖振”問題,利用擴張狀態(tài)觀測器(Extended State Observer,ESO)理論對傳統(tǒng)觀測器進行改造,將電流變量和反電勢變量作為狀態(tài)量進行觀測,形成二階系統(tǒng),提升了觀測精度和動態(tài)響應(yīng)速度。另外,本文針對基于正交鎖相環(huán)速度信號提取法提出改進措施,利用狀態(tài)微分器結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的PI結(jié)構(gòu),通過理論分析和實驗驗證了改進型的速度信號提取方法提升了觀測精度,增強了觀測器對系統(tǒng)噪聲的抗干擾性能。其次,本文針對無傳感器起動過程,分析了傳統(tǒng)的V/F起動方法的缺點,采用I/F單電流閉環(huán)控制替代V/F控制實現(xiàn)永磁同步電機無傳感器的起動,對起動電流閥值和加速曲線的設(shè)計進行了理論推導(dǎo)。最后本文對低速區(qū)至高速區(qū)的無傳感器控制方法切換的動態(tài)過程進行了分析和研究,分別采用了基于虛擬坐標系加速和電機自平衡原理的兩種方法實現(xiàn)了過渡過程的平滑切換,通過仿真和實驗對比分析了兩種方法的優(yōu)缺點。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步電機 無位置傳感器控制 擴張狀態(tài)觀測器 I/F起動控制 平滑切換
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM341;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 縮略詞11-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 課題研究的背景和意義12
• 1.2 永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 國內(nèi)外無位置傳感器控制產(chǎn)品的發(fā)展與現(xiàn)狀17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型與矢量控制策略19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型19-21
• 2.2.1 永磁同步電機的基本結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2.2 永磁同步電機在旋轉(zhuǎn)坐標系下的基本方程20-21
• 2.3 永磁同步電機矢量控制技術(shù)21-22
• 2.4 無位置傳感器控制技術(shù)原理22-24
• 2.4.1 永磁同步電機靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型23
• 2.4.2 無位置傳感器控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第三章 基于ESO的PMSM無位置傳感器控制技術(shù)研究25-47
• 3.1 引言25
• 3.2 基于觀測器理論的反電勢估算25-34
• 3.2.1 狀態(tài)觀測器理論25-26
• 3.2.2 線性反饋與非光滑反饋理論26-28
• 3.2.3 基于狀態(tài)觀測器的計算方法28-32
• 3.2.4 基于擴張狀態(tài)觀測器計算方法32-34
• 3.3 基于不同結(jié)構(gòu)的位置、轉(zhuǎn)速信號的提取34-39
• 3.3.1 基于鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速提取34-36
• 3.3.2 基于狀態(tài)觀測器結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速提取36-37
• 3.3.3 基于非光滑反饋狀態(tài)觀測器結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速提取37-39
• 3.4 實驗驗證39-46
• 3.4.1 不同觀測器結(jié)構(gòu)下的實驗對比39-44
• 3.4.2 不同位置、轉(zhuǎn)速信號提取結(jié)構(gòu)的實驗對比44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 PMSM無位置傳感器起動控制與平滑切換策略研究47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 I/F起動控制環(huán)節(jié)設(shè)計與實現(xiàn)47-50
• 4.2.1 轉(zhuǎn)子預(yù)定位47
• 4.2.2 基于電流-頻率單閉環(huán)的自起動控制策略47-48
• 4.2.3 加速過程研究48-50
• 4.3 平滑切換過程研究50-54
• 4.3.1 I/F起動切換至雙閉環(huán)運行50
• 4.3.2 基于虛擬坐標系角度誤差補償?shù)那袚Q方案50-51
• 4.3.3 基于電機自平衡原理的切換方案51-54
• 4.4 實驗驗證54-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第五章 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 本文的主要工作57
• 5.2 下一步工作展望57-59
• 參考文獻59-63
• 致謝63-64
• 在學(xué)期間的科研成果及獲獎情況64

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本文編號：1128544