永磁同步电机无速度传感器状态估计及控制策略研究

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永磁同步电机由于具备运行稳定、体积小、质量轻和功率密度高等优点,在商业、工业和军事等领域都有了较多的应用。随着应用场合的拓宽,用于测量转速和转子位置的机械传感器容易受到周围环境的干扰,为了解决这个问题,同时出于减少成本的考虑,无速度传感器技术引起了学者们的广泛关注。此外,无速度传感器技术对转速和转子位置的估计是一个渐进收敛的过程,为在这种情况下仍然保证调速系统具有良好的动态性能,对所采用的控制策略提出了更高的要求。因此,本文以永磁同步电机为研究对象,对其无速度传感器估计策略及高性能控制策略进行研究。
  首先,针对传统基于模型参考自适应系统的估计策略存在的参考模型输出和可调模型输出之间误差收敛速度较慢、其内部PI自适应机构鲁棒性较差的问题,本文提出了一种基于超螺旋滑模的自适应观测器用于对永磁同步电机的转速和转子位置进行估计。所构建的自适应观测器在模型参考自适应系统结构的基础上,增加了反馈校正环节,加快了参考模型和可调模型输出间误差的收敛速度,使得转速和转子位置估计值能够更快的收敛到他们对应的实际值;进一步的,在自适应观测器的内部引入超螺旋滑模算法,提高了观测器的鲁棒性。
  其次,针对无速度传感器条件下调速系统的动态性能可能变差的问题,本文提出一种基于扰动观测器的改进型非奇异终端滑模转速控制器。其相比于传统的终端滑模控制器和PI控制器,在超螺旋滑模自适应观测器对转速进行估计的前提下,能让调速系统具备更加良好的动态性能;并且,扰动观测器的加入,能够对出现的负载扰动进行观测和前馈补偿,保证了滑模中开关函数增益较小的前提下,系统仍然具有良好的抗扰性能,缓解了滑模抖振和抗扰性之间的矛盾。
  最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台,对传统方法和本文所提方法进行了仿真对比,仿真结果验证了本文所提方法在动态性能和鲁棒性方面的提升,进一步的,在以TMS320F28335为控制核心的永磁同步电机调速实验平台上进行相关实验,验证了本文的理论分析及仿真结果,体现了本文所提方法的优势。
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