基于新型滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制研究

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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)控制技术日趋成熟,在交流电机发展应用中已成为主流趋势,能够适应于高速高精度驱动、高效低功耗系统、快速响应控制等多种场合下的运动控制。为了获得更好的控制性能,需要采取合理的控制策略,但无论基于哪种控制策略,获取PMSM的转速和转子位置信息都至关重要。由于通过机械传感器来获取转速和转子位置的诸多弊端,研究无传感器技术具有重要的实际意义。本文研究是基于新型滑模观测器的控制算法来获得电机转速和转子位置信息。
  首先,介绍了PMSM自然坐标系下的电压、磁链等方程,对PMSM进行解耦以简化设计过程。针对表贴式永磁同步电机这一研究对象选择了id=0的矢量控制策略。论述了滑模变结构控制基本原理,及产生抖振的原因和影响,阐明了现阶段抑制抖振的策略。
  然后,本文选取PMSM的静止坐标系搭建了传统滑模观测器电流观测方程。针对其存在的系统抖振严重、估算精度低等问题进行分析,基于滑模控制理论,从“准滑动模态”和“边界层”思想出发,本文设计出一种基于分段复合型函数的新型滑模观测器,可有效地减少不连续函数带来的系统抖振,并在MATLAB/Simulink仿真平台搭建新型观测器模型,并与传统滑模观测下的结果进行对比分析,验证了新型滑模观测器的优越性。在此基础上,改进滤波部分,截止频率可随转速实时变化提高系统的自适应性,并后级加入修正反电动势滤波器构成二级滤波结构对观测反电动势进行二级滤波,平滑观测反电动势波形,提升了系统的抗干扰能力和观测精度。
  最后,基于上述理论和仿真分析,搭建了基于YXDSP-F28335A的硬件平台,实现了PMSM的无传感器控制。通过对实验结果对比分析,验证了本文所设计的新型滑模观测器可以很好地观测转速和转子位置信息,具备可行性和可靠性。
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