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基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制研究

朱洪雨  
【摘要】: 当前,在大多数调速驱动系统中,最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本,降低了系统的可靠性和耐用性。因此,在一些特殊及控制精度要求不很高的场合,无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量,通过特定的观测器策略估算转子位置,提取转子的位置和速度信息,完成闭环控制。 本文在研究了永磁同步电机数学模型和控制理论基础上,对PMSM驱动硬件电路进行了设计。利用编码器完成了电机的矢量控制,并在Simulink中对其参数进行了仿真调试。在两相坐标系下简化了PMSM电机模型,在此模型基础上设计了电流滑模观测器以估算转子位置和速度。在实际的平台上对无位置传感器估计做了实验,分析了转子位置和速度估计的准确度。论文主要完成以下工作: 设计并实现了PMSM电机驱动硬件平台。对永磁同步电机不同坐标系下模型进行分析,分析了矢量控制的原理,设计了PMSM驱动系统的主电路,控制电路,电源电路,电流检测电路,通讯电路,并设计了红外遥控起停开关。 设计并实现了利用编码器进行矢量控制的永磁同步电机数字控制器。对PMSM驱动系统进行仿真并对PI参数进行调试。应用了SVPWM生成占空比的方法,在实际驱动系统中实现了矢量控制,分别对电流和速度进行闭环,并分析和测试了电机的电流和速度闭环时动态和静态响应特性。 设计并实现了估算转子位置和速度的滑模观测器。在两相坐标系下简化PMSM电机模型,在此基础上选择滑动面和趋近方程,并验证了滑模观测器的稳定性。完成了对转子相角和转速的估计,并对反电势数字滤波造成的相移进行相位补偿。 分析了不同情况下转子位置和速度估计的准确性。在实验的基础上对滑模观测器的参数进行调试,并选择相应的角度来补偿转子角度滤波产生的相移。最后给出有无位置传感器情况下转子位置和速度估计的误差。研究了电机的无位置传感器启动方法以及转子相位初始化。


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