基于改进滑模观测器的同步磁阻电机无位置传感器控制

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同步磁阻电机作为一种仅依靠磁阻转矩驱动的电机,在成本造价,调速范围,运行的效率与损耗等多方面均具有较大优势。如今,伴随电力电子技术的快速发展,同步磁阻电机在国内外受到了诸多关注。为实现高精度的位置与速度控制,往往采用机械式位置传感器对电机转子位置与转速测量,但这种方式存在功率密度下降,测量不准确,占用体积大,后期保养维修困难等诸多问题,而与之相对应的无位置传感器控制则可以适用于许多更高要求的场合。本文针对这一控制方式展开研究,提出了一种基于改进滑模观测器的同步磁阻电机无位置传感器控制策略,该策略能够在有效抑制滑模抖振的同时对转子位置与转速进行宽速域观测。首先,论文对课题的背景与研究意义进行了阐述,对国内外同步磁阻电机及其无位置传感器控制技术研究现状进行了总结。对同步磁阻电机模型、矢量控制原理进行了说明。考虑到同步磁阻电机在运行过程中会出现明显的磁路饱和现象,使电机电感伴随定子电流非线性变换,因此为实现电机精确控制,本文通过搭建同步磁阻电机有限元仿真模型,对电机进行非线性离线电感测量,建立电流-电感查询表。同时还对SVPWM的三相调制波的计算进行了阐述。其次,论文基于“准滑动模态”与“边界层”思想,设计了一种分段指数型饱和函数对传统滑模观测器中的滑模控制率函数sign进行调换,并通过模糊控制调节滑模增益系数,实现对传统的滑模观测器的优化,使滑模面趋近原点时可有效降低滑模抖振,提高观测结果精度。同时针对低速段滑模观测器观测效果不佳的缺陷,采用了旋转高频电压注入法作为位置观测的补充,并基于比重规则在控制切换域实现两种观测方法的平滑切换。在仿真软件MATLAB/Simulink中进行仿真建模,通过仿真可以得出该控制策略具有良好的位置与速度跟踪效果。最后,为进一步验证本文所提出的控制策略的有效性,搭建基于DSP控制芯片TMS320F2812的无位置传感器控制实验平台,对硬件与软件进行设计与编写。通过实验验证与分析得出,改进的滑模观测器法有效降低了滑模抖振,实现对电机中高速转子位置与转速的精确观测,同时对于低速阶段与结合控制阶段同样有较好的观测效果。
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