基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器矢量控制研究

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永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)因结构简单、效率高等优点在新能源汽车,航空航天等领域得到了广泛的应用。为了实现永磁同步电机的高性能控制,在传统的控制系统中通常利用机械式编码器来获取电机的转子信息,这不仅会增加系统的成本,也会使得在一些特定情况下降低系统可靠性。因此,对于永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究具有重要的意义。本文为解决中高速调速范围内的无位置传感器问题,设计了一种无相移自适应滑模观测器(Adaptive sliding mode observer,ASMO)。首先,以表贴式永磁同步电机为对象,建立各坐标系下的数学模型。依据电机的数学模型,构建矢量控制系统。然后将电机数学模型与滑模控制理论相结合进行状态重构,构建传统滑模观测器,并对其存在问题进行详细的分析。其次,针对滑模观测器的抖振,对传统饱和函数进行改进,利用正弦函数作为饱和函数边界层内的中间函数,同时使边界层随电机转速实时调整,抑制了抖振;针对传统方法反电动势提取时相位滞后造成的估计误差,设计一种中心频率及截止频率可变的复系数滤波器,分析并确定了滤波器的最优运行参数,理论上能够实现无相移滤波,同时引入滑模反馈增益,将反电动势转化为等效磁链值,提高位置计算精度的同时也减小了观测器增益;针对采用反正切函数进行位置计算造成的估计误差,引入归一化锁相环进行转子位置估计。结合上述改进措施对传统滑模观测器进行改进并在Matlab/Simulink仿真平台中对恒转速,转速切换以及突加负载情况下进行验证。最后搭建以d SPACE为核心控制器的调速系统实验平台,分别进行恒速运行及加减速运行的实验。结果表明所设计的无相移自适应滑模观测器无论在稳态还是在动态运行情况下都具有非常高的估计精度。
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