無人機(jī)作業(yè)效率高、使用方便,在軍工、民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。無傳感器控制可以降低成本、提高可靠性,提升了無人機(jī)用永磁同步電機(jī)的驅(qū)動性能。滑模觀測器法可以有效地實(shí)現(xiàn)無傳感器運(yùn)行,然而該方法會引入抖振和相位滯后問題,本文以無人機(jī)用永磁同步電機(jī)為對象,對基于滑模磁鏈觀測器的無傳感器控制方法進(jìn)行研究。首先,通過理論分析,建立電機(jī)、螺旋槳負(fù)載模型,分析滑模變結(jié)構(gòu)控制原理。根據(jù)靜止軸系中永磁同步電機(jī)的二階狀態(tài)方程,設(shè)計傳統(tǒng)滑模觀測器完成反電勢的觀測。通過反正切函數(shù)從反電勢中提取轉(zhuǎn)子位置,實(shí)現(xiàn)無人機(jī)動力系統(tǒng)的無傳感器控制,并通過MATLAB/Simulink軟件對帶螺旋槳負(fù)載運(yùn)行時的控制效果進(jìn)行了驗(yàn)證。然后,針對傳統(tǒng)滑模觀測器中反電勢觀測值的滯后與幅值衰減問題,本文研究一種滑模磁鏈觀測器。通過引入磁鏈方程,采用定子電流與磁鏈為狀態(tài)變量構(gòu)建電機(jī)四階狀態(tài)方程,選取電流誤差為滑模面,構(gòu)建滑模磁鏈觀測器,根據(jù)Lyapunov定理分析了方法的收斂性�；诖沛溣^測值采用鎖相環(huán)完成對轉(zhuǎn)子位置的計算,避免了反正切函數(shù)和微分運(yùn)算的引入,提高了位置估算精度。由于使用磁鏈方程對滑模控制信號進(jìn)行濾波,避免了低通濾波器的使用,所得位置信號更平滑,且不存在幅值衰減、相位滯后等問題,通過仿真驗(yàn)證了磁鏈觀測器的位置估計效果。滑模磁鏈觀測器建立在電機(jī)四階狀態(tài)方程的基礎(chǔ)上,方程中電阻、電感和轉(zhuǎn)速等變量會對觀測結(jié)果有一定影響。本文針對無人機(jī)飛行時觀測器參數(shù)與實(shí)際值存在偏差的現(xiàn)象,分析定子電阻、電感和轉(zhuǎn)速等參數(shù)的誤差對觀測器觀測效果的影響。根據(jù)觀測誤差表達(dá)式,結(jié)合電流與磁鏈之間的相位關(guān)系,得出參數(shù)誤差影響下磁鏈觀測值與實(shí)際值之間的幅值和相位關(guān)系。給出了誤差影響下觀測值的仿真結(jié)果,并設(shè)計了電機(jī)的啟動策略。最后,基于E5000-M10無人機(jī)動力系統(tǒng)電機(jī)搭建無位置傳感器控制實(shí)驗(yàn)平臺,完成了硬件設(shè)計和算法編程實(shí)現(xiàn),對理論分析與仿真結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文研究的滑模磁鏈觀測器在無人機(jī)動力系統(tǒng)中的位置估算效果,同時參數(shù)誤差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與理論分析一致。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM341

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