基于高頻信號注入和卡爾曼濾波器的交流永磁同步電機參數(shù)辨識.pdf

1、隨著工業(yè)控制、加工制造、航空航天、汽車等行業(yè)的飛速發(fā)展，伺服控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用越來越廣泛。而永磁同步電機憑借自身優(yōu)良的特性逐漸成為了伺服控制系統(tǒng)中的主流電機。如何提高控制系統(tǒng)的性能和可靠性成為了各國科學(xué)家和學(xué)者研究的熱點。
　　在電機矢量控制系統(tǒng)的研究中離不開電機轉(zhuǎn)子的位置信號與轉(zhuǎn)速信號的獲取。傳統(tǒng)工業(yè)控制中常通過增加霍爾傳感器、光電碼盤等機械傳感器來檢測轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的位置等參數(shù)。這不僅增加了系統(tǒng)的成本，而且極大的降低了控制系統(tǒng)的

2、控制精度和可靠性。因此，無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究應(yīng)運而生，且必將成為電機控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
　　目前常用的估算轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速的方法有多種，如常用的通過測量電機端電壓和端電流來間接獲取電機的反電動勢，從而估算出轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速的方法。該方法對電機參數(shù)的準確性要求較高，且當(dāng)電機在低速和零速運行時反電動勢幾乎為零，很難檢測到。因此，該方法不適合運用于零速和極低速情況下的估算。為了解決低速運行時存在的問題，本文在對永磁同步電機無位

3、置傳感器矢量控制系統(tǒng)研究的背景和現(xiàn)狀進行深入分析的基礎(chǔ)上，進一步分析了坐標(biāo)變換理論，并以此建立了永磁同步電機在各坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。接著對永磁同步電機幾種常用的控制方法進行比較、分析，得出各種控制方法的優(yōu)缺點。最后引入高頻載波信號注入法，將凸極跟蹤理論與卡爾曼濾波理論相結(jié)合運用于電機無位置傳感器矢量控制系統(tǒng)中。通過在電機定子端注入高頻正弦載波電壓信號，利用電機凸極效應(yīng)，通過外差處理的方法來實現(xiàn)高頻載波的解調(diào)，進而從載波電流中提取出位置估

4、計的誤差信號，通過將該誤差信號經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器使該誤差信號趨于零，保證估計值收斂于實際值，從而遞推出轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息。同時，將卡爾曼濾波理論引入到電機無位置傳感器矢量控制系統(tǒng)中，充分利用卡爾曼遞推算法的優(yōu)越性實現(xiàn)對電機參數(shù)的快速、精確的辨識。
　　基于以上理論本文以一臺內(nèi)埋式永磁同步電機為例，在Simulink中對電機參數(shù)進行在線辨識，驗證高頻信號注入理論在凸極同步電機中的運用。同時，又以一臺表貼式同步電機為例，驗證了卡爾曼濾波算