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基于改进型滑模观测器的永磁同步电动机无传感器参数辨识

张烨  
【摘要】:永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)由于具有结构简单、能量密度大、运行可靠等优点,因而受到广泛的关注。其矢量控制的主要目标是让交流电机可以像他励直流电机一样获得很好的控制性能,但是矢量控制需要电机的转子位置与转速的精确信息,因为这关系到电机运行性能的稳定问题。虽然位置传感器可以比较精确地获取转子的位置,但这些传感器增大了控制系统的体积,同时,传感器对环境条件的敏感性使得系统的精确性受到限制。为了解决机械传感器带来的不便,无传感器矢量控制技术应运而生,设计一种有效的无传感器速度与位置辨识算法成为了一个重要的研究课题。 滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO)算法简单、易于工程实现。因此,基于滑模变思想的滑模观测器成为永磁同步电机无传感器参数辨识的重要解决方法。针对经典滑模观测器中由不连续开关函数引起的抖振问题,提出了新的控制算法,即在切换函数的边界层对不连续的控制进行平滑处理,以此减弱抖动;同时针对加入低通滤波器引起的相位滞后问题,采用锁相环对电机转子位置与转速进行估计。同时,为了得到比较精确的电机模型,采用多新息最小二乘法对定子电阻进行辨识并引入到滑模观测器中,以此提高模型辨识精度。文章对提出的算法的稳定性进行了分析与证明。为了对改进后的算法的有效性进行验证,在MATLAB/Simulink仿真环境中,搭建了永磁同步电机无传感器矢量控制系统,首先对定子电阻进行了辨识,在此基础上,对电机转速、位置进行了多项仿真实验。同时,在基于MATLAB的DSP开发环境下,运用模块化的思想完成了软件程序的设计,在TI公司的TMS320F2812DSP实验平台上进行了硬件实验,并将硬件实验结果在上位机界面上进行实时显示。 系统仿真以及硬件实验结果都证明了本文提出的改进算法对永磁同步电机的转子位置与速度估计的有效性,所构造的滑模观测器及锁相环结构能够对电机的实际转速与转子位置进行估计,从而达到了改进的效果。


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