本文關(guān)鍵詞：無位置傳感器無刷電機(jī)的狀態(tài)估計及其在擾動不確定情況下的控制

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【摘要】：無刷電機(jī)主要分為永磁同步電機(jī)和直流無刷電機(jī)兩類，這兩類無刷電機(jī)在電機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理和控制方式方面都具有極大的相似性。在實際應(yīng)用中，在控制系統(tǒng)設(shè)計方面也都存在擾動不確定性等問題的影響。無刷電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩體積比高的特性，更快的動態(tài)響應(yīng)，高效和高穩(wěn)定性，更加長壽等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。而取消無刷電機(jī)控制系統(tǒng)中的位置傳感器，通過軟件的方式估計出電機(jī)的位置和速度等狀態(tài)，則進(jìn)一步提高了系統(tǒng)在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性，，節(jié)約空間，縮減成本。因此，無傳感器無刷電機(jī)控制系統(tǒng)在消除擾動不確定性影響和狀態(tài)估計這兩方面成為了研究熱點。 本文以無刷電機(jī)中性能特點更具代表性的永磁同步電機(jī)為例，首先針對永磁同步電機(jī)在實際應(yīng)用中存在的擾動不確定性問題，本文提出了一種基于線性擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器的擾動觀測器和基于Lyapunov穩(wěn)定性的非奇異終端滑模位置控制器復(fù)合控制器。其中，基于線性擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器的擾動觀測器通過前饋補(bǔ)償來抑制擾動。為了進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)存在正弦形式擾動情況下的性能，文中采用一種具非奇異終端滑模位置控制器，該控制器能夠確保狀態(tài)誤差在有限時間內(nèi)收斂至零。另外，文中還考慮了負(fù)載轉(zhuǎn)矩、鉸鏈力矩和正弦力矩擾動的特殊形式。通過仿真驗證了該復(fù)合控制器的性能，證明了其對于位置跟蹤、負(fù)載擾動魯棒性和電機(jī)參數(shù)不確定性上具有很好的性能。 然后本文針對無傳感器永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)狀態(tài)估計這一問題，提出了一種基于自適應(yīng)非線性擴(kuò)展觀測器的永磁同步電機(jī)無傳感器速率控制策略。在本文中，一種具有更簡單結(jié)構(gòu)和更高精度擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器被用于估計轉(zhuǎn)子的位置和速率。文中分別討論了使用線性擴(kuò)展觀測器和非線性擴(kuò)展觀測器來估計永磁同步電機(jī)的反電動勢，后者，由于其具有更好的收斂性而被采用。并使用Lyapunov理論來分析狀態(tài)觀測器估計誤差的收斂特性。為了同時顧及穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差，提出了一種自適應(yīng)非線性狀態(tài)觀測器，該觀測器將非線性擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器的參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整到一個折衷值。并通過仿真和實驗論證了該方法的性能。 最后構(gòu)建了基于F28335MCU處理器的實驗系統(tǒng)，通過實驗對本文設(shè)計的狀態(tài)方法進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明了相比于傳統(tǒng)滑模狀態(tài)估計算法，非線性擴(kuò)展觀測器狀態(tài)估計具有抖振更小，沒有時延等優(yōu)點，為以后的理論研究以及工程實現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：無刷電機(jī) 永磁同步電機(jī) 無位置傳感器 擴(kuò)展觀測器 非奇異終端滑�？刂破�
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM35
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 本論文研究的背景及意義11-12
• 1.2 無傳感器無刷電機(jī)控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-18
• 1.2.1 電機(jī)參數(shù)攝動及負(fù)載擾動不確定補(bǔ)償控制13-16
• 1.2.2 負(fù)載擾動不確定形式16-17
• 1.2.3 無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測17-18
• 1.3 本文研究對象的數(shù)學(xué)模型18-22
• 1.4 論文的主要工作22-24
• 第2章 無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理及 SIMULINK 模型仿真24-49
• 2.1 無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制原理24-31
• 2.1.2 無刷直流電機(jī)的控制原理26-29
• 2.1.3 基于空間矢量的永磁同步電機(jī)的控制原理29-31
• 2.2 無位置傳感器無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真31-43
• 2.2.1 電流環(huán)及脈沖產(chǎn)生模塊32-41
• 2.2.1.1 直流無刷電機(jī)電流環(huán)及脈沖產(chǎn)生模塊設(shè)計32-34
• 2.2.1.2 直流無刷電機(jī)電流環(huán)及脈沖產(chǎn)生模塊設(shè)計34-41
• 2.2.2 無刷電機(jī)本體模塊41-42
• 2.2.3 電壓逆變器模塊42-43
• 2.3 Matlab 仿真結(jié)果及分析43-49
• 第3章 無刷電機(jī)擾動情況下的復(fù)合控制49-57
• 3.1 無刷電機(jī)擾動不確定情況的問題描述與數(shù)學(xué)模型49-50
• 3.2 針對擾動不確定情況下的復(fù)合控制器設(shè)計50-54
• 3.2.1 基于線性擴(kuò)展觀測器的前饋補(bǔ)償50-52
• 3.2.2 非奇異終端滑模控制器52-54
• 3.3 復(fù)合控制器及其 Matlab 仿真驗證及分析54-57
• 第4章 基于自適應(yīng)非線性擴(kuò)展觀測器的無傳感器無刷電機(jī)狀態(tài)估計57-74
• 4.1 無刷電機(jī)的線性 ESO 狀態(tài)估計器分析58-59
• 4.2 無刷電機(jī)的非線性擴(kuò)展觀測器的設(shè)計及 Lyapunov 穩(wěn)定性證明59-64
• 4.3 自適應(yīng)非線性擴(kuò)展觀測器設(shè)計及無傳感器無刷電機(jī)的狀態(tài)估計64-65
• 4.3.1 非線性擴(kuò)展觀測器的參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整算法64-65
• 4.3.2 無傳感器無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)子速度的估計65
• 4.4 自適應(yīng)非線性擴(kuò)展觀測器的 MATLAB 仿真實現(xiàn)及結(jié)果分析65-74
• 第5章 無位置傳感器無刷電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實驗74-91
• 5.1 無位置傳感器無刷電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計74-81
• 5.1.1 控制電路設(shè)計75-76
• 5.1.2 系統(tǒng)電源及整流電路76-77
• 5.1.3 三相逆變電路77-79
• 5.1.4 電流采樣電路79-81
• 5.2 無位置傳感器無刷電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計81-82
• 5.3 實驗結(jié)果及分析82-91
• 結(jié)論91-93
• 參考文獻(xiàn)93-101
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單101-102
• 致謝102

【參考文獻(xiàn)】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：1081337