基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機無傳感器控制技術(shù)研究.pdf

1、目前，在中小功率伺服驅(qū)動領(lǐng)域，永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）因其結(jié)構(gòu)簡單、功率密度大、效率高、運行平穩(wěn)等優(yōu)點，已經(jīng)成為主流之選。矢量控制作為實際工業(yè)應(yīng)用中最廣泛的永磁同步電機控制策略，它能夠同時滿足對速度和電流的精確控制，實現(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的速度和位置控制。在高性能永磁同步電機控制系統(tǒng)中，需要隨時獲取精確的轉(zhuǎn)子位置和速度信息，一般在轉(zhuǎn)子軸上安裝機械式傳感器直接測

2、量電機的轉(zhuǎn)速和位置，以實現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)速和位置閉環(huán)控制。高精度位置傳感器的安裝不僅降低了系統(tǒng)的可靠性和抗擾能力，同時還增加了控制系統(tǒng)的體積重量和成本。因此無位置傳感器控制技術(shù)的研究成為目前的研究熱點和關(guān)鍵技術(shù)。本文基于一臺表貼式永磁同步電機，針對觀測器技術(shù)在PMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及實現(xiàn)進行了相關(guān)研究。
　　本文首先從一階狀態(tài)觀測器的設(shè)計出發(fā)，介紹了非光滑反饋控制相較于線性反饋控制對狀態(tài)觀測器穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能的影響，設(shè)

3、計了一階線性狀態(tài)觀測器、滑模觀測器以及改進型滑模觀測器，通過實驗進行對比分析。針對一階觀測器動態(tài)響應(yīng)慢，滑模觀測器的“抖振”問題，利用擴張狀態(tài)觀測器（Extended State Observer,ESO)理論對傳統(tǒng)觀測器進行改造，將電流變量和反電勢變量作為狀態(tài)量進行觀測，形成二階系統(tǒng)，提升了觀測精度和動態(tài)響應(yīng)速度。另外，本文針對基于正交鎖相環(huán)速度信號提取法提出改進措施，利用狀態(tài)微分器結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的PI結(jié)構(gòu)，通過理論分析和實驗驗證了改進

4、型的速度信號提取方法提升了觀測精度，增強了觀測器對系統(tǒng)噪聲的抗干擾性能。
　　其次，本文針對無傳感器起動過程，分析了傳統(tǒng)的V/F起動方法的缺點，采用I/F單電流閉環(huán)控制替代V/F控制實現(xiàn)永磁同步電機無傳感器的起動，對起動電流閥值和加速曲線的設(shè)計進行了理論推導。最后本文對低速區(qū)至高速區(qū)的無傳感器控制方法切換的動態(tài)過程進行了分析和研究，分別采用了基于虛擬坐標系加速和電機自平衡原理的兩種方法實現(xiàn)了過渡過程的平滑切換，通過仿真和實驗對比分