基于自抗扰控制的低分辨率位置传感器永磁同步电机转矩控制及应用

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaobaodong2006
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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)凭借高效、节能、功率密度高等优势在交流调速领域受到极大关注。目前,全自动打包机多采用PMSM作为收送带电机捆扎货物。由于带高分辨率位置传感器的PMSM不仅会增大电机尺寸、增加生产成本而且在震动、高温、潮湿等环境中传感器性能降低,影响电机控制效果。所以为降低企业的投入成本、保证打包机在各种工况下的正常工作,本文使用小体积、低成本、耐震动、低分辨率的霍尔传感器检测PMSM位置信号。但是霍尔传感器只能得到低精度的离散位置信号,为满足打包机系统控制要求,利用低精度的离散位置信号估算成高分辨率的位置信号。同时本文将自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Controller,ADRC)应用在打包机伺服系统来提升抗扰动性。本文主要工作如下:(1)研究意义以及课题相关技术的国内外状况分析。指出课题背景与研究意义,介绍打包流程和打包机控制系统的要求,阐述PMSM转矩模式、低分辨率传感器位置控制算法、打包机以及ADRC的国内外发展状况。(2)PMSM数学模型建立与转子位置估算。简述PMSM在ABC坐标系下的数学模型,建立dq坐标系下的PMSM电压方程。利用能量守恒原理得出PMSM的电磁转矩公式。阐述空间电压矢量脉宽调制技术(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)的基本原理以及实现过程。估算低分辨率PMSM的转子位置。(3)设计PMSM线性ADRC控制并进行仿真实验。针对PID控制具有快速性与超调性的矛盾以及抵抗负载扰动差等问题,利用ADRC控制替代PI控制,在PMSM双闭环上设计线性ADRC控制器。在Matlab/Simulink中搭建系统仿真模型,进行矢量控制电流单环仿真实验,验证PMSM转矩模式的可行性。通过PI控制和线性ADRC控制仿真实验对比,得出ADRC控制的优越性。(4)设计软硬件电路系统。设计利用STM32F103VET6为主控芯片的硬件电路,主要包括反激式开关电源电路、母线电压检测保护电路、电流采样电路等。设计软件总体方案,详细阐述主程序、中断程序以及操作面板程序的实现过程。(5)搭建实验平台进行实验验证以及装机测试。对离散的Hall位置信号进行位置估算以及校正的对比实验,证明平均加速度法估计位置以及平均校正位置方法的可行性。通过线性ADRC控制以及PI控制的对比实验,验证ADRC控制性能的优越性。在实验平台上对PMSM的速度模式以及转矩模式进行实验,实验结果证明,本文研究策略满足打包机控制系统要求。PMSM装机现场测试打包效果,可以实现打包机收带和送带控制的性能要求。
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