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基于观测器的永磁同步电动机无速度传感器控制系统的研究

钱鋆  
【摘要】: 永磁同步电动机(permanent-magnet synchronous motor,简称PMSM)因其结构简单、功率密度高、可靠性强、精度高等特性,在要求高精度、高性能的伺服驱动领域得到了广泛的应用,而PMSM无速度传感器控制也成为了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。 转子的位置角θ和速度ω是控制系统的关键参数。在传统的控制系统中,一般是通过传感器来测量θ和ω。但是这些传感器不仅增加了系统的复杂度、重量和成本,而且降低了驱动控制系统的可靠性。无速度传感器控制系统不仅可以减少硬件系统的复杂程度和成本,而且可以显著提高系统的可靠性。目前各国学者在无速度传感器控制方面提出了许多不同的控制方法,然而对于各种方法的优缺点及适用场合研究较少。 本文首先介绍了永磁同步电动机调速系统的研究背景以及发展概况。根据永磁同步电机的结构及坐标变换原理,建立了永磁同步电动机在dq旋转坐标系下的数学模型,并对一些常用的无速度传感器控制方法进行了介绍。 其次,本论文根据永磁同步电动机矢量控制原理,采用id=0的磁场定向控制方法,对基于扩展卡尔曼滤波器(以下简称EKF)、模型参考自适应(以下简称MRAC)和滑模观测器(以下简称SMO)的无速度传感器控制方法进行了深入的分析和研究,利用MATLAB/SIMULINK对这三种永磁同步电动机无速度传感器的控制系统进行了仿真分析。 最后,给出了永磁同步电机无传感器控制驱动系统的实验平台、软件流程图、实验结果,并结合仿真结果对三种无速度传感器控制方法从稳定性、抗干扰性、实用性、适用场合等方面进行了深入的分析比较,对三种控制方法的优点及缺点进行了总结。并在以TMS320F2812作为控制芯片的实验平台上,对基于滑模观测器的无速度传感器控制方法进行了实验验证。


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