基于滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机研究资料.ppt

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1、基于滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机研究黎永华 08.12.161.研究意义永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。PMSM控制系统稳定运行是建立在闭环控制基础之上的，如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。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,不过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，无位置传感器的控制系统有着广泛的应用前景。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

2、，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。主要优点：1、减少成本2、减小电机体积3、提高系统可靠性4、减少系统维护量2.国内外研究现状电力电子器件的发展为电机调速奠定了物质基础。高速数字信号处理器(DsP)的高速处理能力使无位置传感器电机控制技术的复杂算法得到实现，近10年来，各国学者致力于无位置传感器控制系统的研究，并且提出了几种切实可行的方法，目前，适用于永磁同步电机位置估算的主要策略有：（1）利用定子端电压和电流直接计算和（2）基于观测器基础上的估算（3）模型参考自适应（4）人工智能理论基础上的估算3.研究内容l 本课题研究的主要目标是基于滑模观测器实现永磁同步电机无位置传感器调速控

3、制，使得在实际的电机控制中能够完全脱离位置传感器，并且能够达到采用位置传感器控制时一样的控制效果。无位置传感器系统框图3.1滑模变结构控制滑模变结构控制是一种非线性控制，其对于系统的摄动、不确定性及外扰动具有完全的自适应性。但是它的自适应控制有本质的差别，自适应控制是利用对系统参数的在线辨识，从而修改控制的参数来更好地削弱系统的不确定性的影响，而变结构控制是依靠其自身的滑动模态，通过改变切换状况来抵御不确定性。变结构控制的根本思想是反向控制，而反向控制独特的性能上强制性，具有极强的鲁棒性，从物理的角度而言，变结构控制总是产生最大作用，最大加速，最大减速，加速过程中没有减速，减速过程中没有加速。

4、抖动是滑动变结构应用存在的主要问题，其控制机理决定了其输出必定存在抖动，也正因为此其具有极强的鲁棒性。以二阶系统为例式中x1和x2是状态变量，a1，a2，b是定常或时变参数考虑不连续系统式中切换函数s为：c0直线s=0是切换线，在这个切换线上，u是不连续的。设t=0时，状态x在s0一侧，在u=u+作用下，在某个时限后到达s=0，并进入s0一侧，u=u-，又往s=0控制。当系统在滑模状态时，PMSM在坐标系下的数学模型假设即转速变化很慢时，电机的反电动势模型：可以看出转子角速度、位置只与反电动势有关，于是我们可以通过观测其反电动势来确定转子的角速度、位置。滑模观测器在无位置观测器系统中的应用设滑

5、模观测器状态方程：切换函数为：当经过有限的时间间隔后进入滑模状态，可以得到经过低通滤波后，即得到连续的反电动势，也就得出了转子的角度，速度。滑模观测器模块图可推得3.2 永磁同步电动机无位置传感器控制中需解决的主要问题 无传感器技术的应用给永磁同步电机带来了起动问题。机械式位置传感器能探知电机静止时转子磁极位置，使电机和逆变器配合工作于自控同步状态，因而电机起动不会失步。无传感器技术无法在电机静止时从电机的电气特性知道转子的初始位置。只有电机起动到一定的转速后，电机才能正常运行在无位置传感器状态下。因此，电机初始转子位置检测和起动问题是同步电机实现无位置传感器运行的一大问题。低速运行时效果不好

6、，因为滑模观测器出来的反电动势是一个开关量，需要加一个衰减率很大的低通滤波器，当电机低速运行时，反电动势幅值很小，经过低通滤波和相位延迟后，其控制效果不理想。解决启动问题的预备方案永磁同步电机在启动时，转子磁极到位置是任意的，为了防止电机启动时电机反转，且保证启动转矩最大，必须对庄子的初始位置进行检测。通常方法是给电机施加一定时间的电压脉冲，把转子磁极拖到定子合成磁势轴线重合的位置，即让电机转到我们已知位置。这种方法电机开始定位会抖动一下，并且我们不知道转子是否已经转到了我们设定的位置。永磁同步电机在各个方向上磁路的饱和程度是不一样的，各个方向的磁导率是不一样的，磁场存在非线性。因此对应于转子的不同方向，定子铁心的等效电感值会有些差别，如果施加幅值相等而方向不同的一系列相同时间的电压脉冲，脉冲结束时的定子电流合成矢量值的大小会不同，与定子电流合成矢量的方向有关，得到最大电流的方向就是转子磁极N 极方向，因为当定子磁动势合成矢量与转子磁极N极方向一致时，磁路最饱和，磁导率最小对应的电感值最小，电流上升最快。3.3 研究安排理论分析，阅读资料 2-3月进行MATLAB仿真试验 4月设计硬件电路 5月编写DSP程序 6月在硬件上进行调试 7-9月难点：模型复杂 设计参数较多 参数不易得到