永磁同步電機的參數辨識及控制策略研究.pdf

1、交流永磁同步電機以其結構簡單、運行可靠、體積小、損耗低、效率高等特點,在數控機床、電動汽車、機器人等方面獲得了廣泛應用。論文在對交流永磁同步電機的原理、數學模型和空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術進行研究的基礎上,對永磁同步電機的參數測試、辨識進行了大量的理論和實驗研究,同時對永磁同步電機基于自抗擾和灰色理論的控制策略也進行了深入研究。仿真和實驗結果驗證了新的參數測試、辨識方法和自抗擾控制的有效性。
　　 論文對永磁同步電機的幾

2、個主要參數的測試方法進行了介紹。針對采用電壓積分法測量交、直軸電感Lq,Ld中必須使用磁通計這一專用設備的要求,考慮到目前實驗室和工作現場的實際情況,提出了一種替代解決方案,即:利用通用的電壓采集裝置(如:示波器)進行數據采集,然后采用數值積分法對采集到的離散電壓信號進行積分,得到永磁電機的磁鏈參數,進而計算出永磁電機的電感參數。該方法具有簡便、易于實現的特點。實驗結果驗證了該方法的有效性。
　　 針對永磁同步電機的繞組電阻Rs

3、和交、直軸電感Lq,Ld會隨溫度發(fā)生較大變化的問題,通過數學方法和仿真研究了這些參數隨溫度變化的辨識問題。論文在MATLAB中構造了一種參數能在線變化的永磁同步電機仿真模型,采用擴展卡爾曼(EKM)濾波和Elman神經網絡,遞推最小二乘方法進行了辨識。這兩種辨識方法雖然也能達到較高的辨識精度,但由于存在計算中數據量大,難以實現實時辨識的缺點,提出了一種加窗最小二乘方法。該方法可根據實際要求確定所需的數據長度,計算量小,既保證了辨識精度又

4、提高了實時性,還解決了遞推最小二乘方法存在的數據飽和問題。這三種辨識方法的仿真結果比較表明:加窗最小二乘法具有最優(yōu)的辨識效果。
　　 為進一步提高永磁同步電機工作的穩(wěn)定性和控制性能,論文首先采用自抗擾控制技術對電源、轉矩等擾動了有效抑制,仿真結果表明自抗擾的控制性能優(yōu)于PID控制；論文在自抗擾控制的基礎上,將最優(yōu)控制、神經網絡與自抗擾技術結合,提出了永磁同步電機自尋最優(yōu)自抗擾控制和基于神經網絡的自抗擾控制算法。永磁同步電機自尋最

5、優(yōu)自抗擾控制除了具有比自抗擾更高的控制性能以外,還具有控制能量最少的特點。為消除永磁同步電機伺服系統(tǒng)運行過程中存在的外部負載等擾動項的變化對調速性能的影響,論文將神經網絡嵌入到自抗擾控制器中,利用神經網絡能任意逼近非線性函數的能力去補償對象的一部分變化,這樣既可近似地使原系統(tǒng)參數變化范圍變小,還能提高自抗擾控制的狀態(tài)估計能力,從而減輕ESO的負擔,有利于提高控制器的運算和響應速度。研究結果表明這兩種方法可以提供比自抗擾更優(yōu)的控制效果。<

6、br>　　 為實現永磁同步伺服系統(tǒng)的參數在線辨識與控制,通過自行搭建的永磁同步電機模型,模擬溫度從20℃-80℃時繞組電阻Rd和交、直軸電感Lq,Ld的變化情況,采用加窗最小二乘法實時辨識參數,轉速環(huán)采用自抗擾控制。仿真結果顯示:采用參數在線辨識的自抗擾控制系統(tǒng)性能比單純采用PID的系統(tǒng)性能更優(yōu)。
　　 為了利用“少數據”來實現永磁同步電機的控制,論文首次將灰色補償PID和灰色預測PID控制算法同時應用到永磁同步電機伺服系統(tǒng)中

7、,仿真結果表明:與PID控制相比,該控制策略對各種干擾具有更好的魯棒性和適應性。
　　 自行研發(fā)了一套交流永磁同步電機伺服系統(tǒng),實現了基于三閉環(huán)的SVPWM控制。伺服系統(tǒng)的空載和負載試驗表明,與經典PID控制相比,自抗擾控制具有響應快、無超調、抗擾動能力強等特點。
　　 此外,針對IGBT驅動中存在現場參數變化問題,專門開發(fā)了一種可對IGBT開通和關斷時間進行調節(jié)、具有驅動電源欠壓保護功能的新型驅動電路,取得了良好的應用