本文選題：永磁同步電動機　切入點：速度辨識　出處：《華中科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著電力電子技術的不斷發(fā)展,永磁同步電機的伺服系統(tǒng)控制性能也得到大幅提升,并在工業(yè)控制領域有越來越多的應用。在永磁同步電機速度辨識這一領域,傳統(tǒng)的方法是通過旋轉(zhuǎn)光電編碼器來進行測速,然而在電機轉(zhuǎn)速較低時,獲得的速度會存在較大的誤差,這會嚴重影響伺服系統(tǒng)的控制性能。隨著人們對電機反饋的速度精度要求越來越高,傳統(tǒng)的通過光電編碼器直接位置差分或者經(jīng)過低通濾波的速度,已經(jīng)不能滿足越來越高的精度要求。針對這種情況,國際上的很多研究人員已經(jīng)提出了速度觀測器的概念來進行速度觀測。速度觀測器具有以下優(yōu)點:精度高,可靠性好,實時性強。它基本能夠滿足工業(yè)上對速度的跟蹤要求。但由于這種算法比較復雜,所以在工程中并沒有太多的實際應用。然而近年來計算機技術突飛猛進,數(shù)字信號處理器的數(shù)據(jù)處理能力也越來越強,這為速度觀測器的實際應用提供了可能。目前,速度觀測器已在許多領域獲得了良好的應用,隨著速度觀測器理論的發(fā)展,它必將大大提高交流伺服系統(tǒng)的整體控制性能。本文介紹了近年來出現(xiàn)的速度辨識方法,并分析了其優(yōu)缺點,然后研究了永磁同步電動機的結(jié)構、數(shù)學建模以及它的控制和傳感器技術,接著分析了通過光電編碼器的反饋數(shù)據(jù)直接獲得速度所帶來的弊端,針對這個弊端,提出了Luenberger速度觀測器和卡爾曼濾波器兩種速度觀測的方案,并對這兩種速度觀測器進行了分析和研究。然后在Matlab中對上述兩種觀測器進行了建模和仿真分析,發(fā)現(xiàn)Luenberger速度觀測器和Kalman濾波器都能夠較好的進行狀態(tài)跟蹤,改善系統(tǒng)的動態(tài)性能,提高系統(tǒng)的控制精度。最后,本文在仿真的基礎上,通過永磁同步電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的硬件平臺,對經(jīng)過低通濾波的位置差分速度以及兩種觀測器的觀測速度分別在高速和低速情況下進行了實驗對比。實驗表明,在高速時Luenberger速度觀測器上升時間短,超調(diào)量小,改善了同步跟隨運動控制系統(tǒng)擾動響應和信號響應性能;在低速時Luenberger速度觀測器依然可以以較小的誤差進行速度跟蹤,相同條件下,卡爾曼濾波器精度更高,并可以在更低速進行較好的跟蹤。
[Abstract]:With the continuous development of power electronics technology, the servo system control performance of PMSM has been greatly improved, and has more and more applications in the industrial control field. The traditional method is to measure the speed by rotating the photoelectric encoder. However, when the speed of the motor is low, there will be a large error in the speed obtained. This will seriously affect the control performance of the servo system. As the speed accuracy of the motor feedback becomes higher and higher, the traditional speed through the photoelectric encoder direct position difference or through low-pass filtering speed, The speed observer has the following advantages: high precision, good reliability, high accuracy, and good reliability, because of this situation, many researchers in the world have put forward the concept of speed observer for speed observation. It can basically meet the requirements of speed tracking in industry. But because of the complexity of this algorithm, it does not have many practical applications in engineering. However, in recent years, computer technology has developed by leaps and bounds. The data processing ability of digital signal processor (DSP) is becoming stronger and stronger, which provides the possibility for the practical application of speed observer. At present, speed observer has been applied well in many fields, and with the development of speed observer theory, It will greatly improve the overall control performance of AC servo system. This paper introduces the speed identification methods which have appeared in recent years, analyzes their advantages and disadvantages, and then studies the structure of permanent magnet synchronous motor (PMSM). Mathematical modeling, its control and sensor technology, and then analyzes the disadvantages of obtaining speed directly through feedback data of photoelectric encoder, aiming at this drawback. In this paper, two methods of Luenberger speed observer and Kalman filter are proposed, and the two kinds of speed observer are analyzed and studied. Then, the two kinds of observers are modeled and simulated in Matlab. It is found that both the Luenberger speed observer and the Kalman filter can track the state, improve the dynamic performance of the system and improve the control accuracy of the system. Based on the hardware platform of PMSM servo drive system, the low pass filtered position differential velocity and the observation speed of the two observers are compared at high speed and low speed, respectively. At high speed, the Luenberger speed observer has the advantages of short rise time and small overshoot, which improves the disturbance response and signal response of the synchronous following motion control system, and the Luenberger speed observer can still track the speed with small error at low speed. Under the same conditions, the Kalman filter is more accurate and can be tracked at lower speed.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM341

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