基于滑模觀測器的無位置傳感器永磁同步電機研究課件

基于滑模觀測器的無位置傳感器永磁同步電機研究08.12.161.研究意義永磁同步電機調速系統(tǒng)是以永磁同步電機為控制對象，采用變壓變頻技術對電機進行調速的控制系統(tǒng)。因其具有能耗低、可靠性高、控制精確等優(yōu)點，在許多領域得到廣泛的應用。PMSM控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行是建立在閉環(huán)控制基礎之上的，如何獲取轉子位置和速度信號是整個系統(tǒng)中相當重要的一個環(huán)節(jié)。當前，在大多數(shù)調速驅動系統(tǒng)中，最常用的方法是在轉子軸上安裝位置傳感器,不過傳感器增加了系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的可靠性和耐用性。因此，無位置傳感器的控制系統(tǒng)有著廣泛的應用前景。它通過測量電動機的電流、電壓等可測量的物理量，通過特定的觀測器策略估算轉子位置，提取永磁轉子的位置和速度信息，完成閉環(huán)控制。主要優(yōu)點：1、減少成本2、減小電機體積3、提高系統(tǒng)可靠性4、減少系統(tǒng)維護量2.國內外研究現(xiàn)狀電力電子器件的發(fā)展為電機調速奠定了物質基礎。高速數(shù)字信號處理器(DsP)的高速處理能力使無位置傳感器電機控制技術的復雜算法得到實現(xiàn)，近10年來，各國學者致力于無位置傳感器控制系統(tǒng)的研究，并且提出了幾種切實可行的方法，目前，適用于永磁同步電機位置估算的主要策略有：（1）利用定子端電壓和電流直接計算ω和θ（2）基于觀測器基礎上的估算（3）模型參考自適應（4）人工智能理論基礎上的估算無位置傳感器系統(tǒng)框圖3.1滑模變結構控制滑模變結構控制是一種非線性控制，其對于系統(tǒng)的攝動、不確定性及外擾動具有完全的自適應性。但是它的自適應控制有本質的差別，自適應控制是利用對系統(tǒng)參數(shù)的在線辨識，從而修改控制的參數(shù)來更好地削弱系統(tǒng)的不確定性的影響，而變結構控制是依靠其自身的滑動模態(tài)，通過改變切換狀況來抵御不確定性。變結構控制的根本思想是反向控制，而反向控制獨特的性能上強制性，具有極強的魯棒性，從物理的角度而言，變結構控制總是產生最大作用，最大加速，最大減速，加速過程中沒有減速，減速過程中沒有加速。抖動是滑動變結構應用存在的主要問題，其控制機理決定了其輸出必定存在抖動，也正因為此其具有極強的魯棒性。直線s=0是切換線，在這個切換線上，u是不連續(xù)的。設t=0時，狀態(tài)x在s>0一側，在u=u+作用下，在某個時限后到達s=0，并進入s<0一側，u=u-，又往s=0控制?！斚到y(tǒng)在滑模狀態(tài)時，PMSM在坐標系下的數(shù)學模型假設即轉速變化很慢時，電機的反電動勢模型：可以看出轉子角速度、位置只與反電動勢有關，于是我們可以通過觀測其反電動勢來確定轉子的角速度、位置?；Ｓ^測器在無位置觀測器系統(tǒng)中的應用設滑模觀測器狀態(tài)方程：切換函數(shù)為：當經過有限的時間間隔后進入滑模狀態(tài)，可以得到經過低通濾波后，即得到連續(xù)的反電動勢，也就得出了轉子的角度，速度?；Ｓ^測器模塊圖可推得解決啟動問題的預備方案永磁同步電機在啟動時，轉子磁極到位置是任意的，為了防止電機啟動時電機反轉，且保證啟動轉矩最大，必須對莊子的初始位置進行檢測。通常方法是給電機施加一定時間的電壓脈沖，把轉子磁極拖到定子合成磁勢軸線重合的位置，即讓電機轉到我們已知位置。這種方法電機開始定位會抖動一下，并且我們不知道轉子是否已經轉到了我們設定的位置。永磁同步電機在各個方向上磁路的飽和程度是不一樣的，各個方向的磁導率是不一樣的，磁場存在非線性。因此對應于轉子的不同方向，定子鐵心的等效電感值會有些差別，如果施加幅值相等而方向不同的一系列相同時間的電壓脈沖，脈沖結束時的定子電流合成矢量值的大小會不同，與定子電流合成矢量的方向有關，得到最大電流的方向就是轉子磁極N極方向，因為當定子磁動勢合成矢量與轉子磁極N極方向一致時，磁路最飽和，磁導率最小對應的電感值最小，電流上升最快。3.3研究安排理論分析，閱讀資料2-3月進行MATLAB仿真試驗4月設計硬件電路5月編寫DSP程序