永磁同步電機(jī)非線性控制策略及無速度傳感器估計(jì)方法的研究.pdf

1、永磁同步電動(dòng)機(jī)具有體積小、功率密度大、效率高、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛地應(yīng)用。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)多變量耦合非線性系統(tǒng)，而且受電機(jī)參數(shù)變化、負(fù)載擾動(dòng)等不確定性的影響，傳統(tǒng)的控制方法存在許多不足。此外，在永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子的位置和速度信息可以通過傳感器檢測(cè)和計(jì)算得到，然而傳感器的安裝增加了成本和轉(zhuǎn)軸的慣量，影響了系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能。因此，利用電機(jī)繞組中的有關(guān)信號(hào)，進(jìn)行無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已成為研

2、究的趨勢(shì)。論文依托國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重點(diǎn)項(xiàng)目資助的《電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研發(fā)》(課題編號(hào):2006AA04Z183)，主要從永磁同步電機(jī)的非線性控制策略和無速度傳感器方法進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量調(diào)速系統(tǒng)研究了負(fù)載自適應(yīng)估計(jì)的反步控制器，具有一定的抗負(fù)載擾動(dòng)能力。然后提出并設(shè)計(jì)了永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量調(diào)速系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的滑模變結(jié)構(gòu)反步控制器，增強(qiáng)了控制

3、器的快速響應(yīng)性和對(duì)外界擾動(dòng)的抑制能力;同時(shí)通過設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)控制系統(tǒng)的負(fù)載擾動(dòng)，可以及時(shí)調(diào)整控制量，有效減小滑模變結(jié)構(gòu)中的趨近率參數(shù)。
　　(2)通過反饋線性化方法將永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)解耦成二階線性轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和一階電流子系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了永磁同步電機(jī)矢量調(diào)速系統(tǒng)的速度和電流控制器，保證了系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)采用模型參考自適應(yīng)方法來實(shí)時(shí)估計(jì)電阻的變化，從而對(duì)控制器進(jìn)行補(bǔ)償，改善了系統(tǒng)的控制性能。然后提出并設(shè)計(jì)了一種反饋線

4、性化方法與滑模變結(jié)構(gòu)相結(jié)合的控制器實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)給定速度和電流的準(zhǔn)確跟蹤，具有更好的動(dòng)靜態(tài)性能，此外由于控制器需要用到速度的微分信號(hào)，而該信號(hào)的求取需要負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以采用了擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器進(jìn)行負(fù)載估計(jì)。
　　(3)從能量平衡的觀點(diǎn)，研究了基于負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)估計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)的耗散哈密頓控制器，在期望轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)哈密頓函數(shù)取得最小值，從而達(dá)到所需要的調(diào)速效果，并且負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)具有較好的估計(jì)效果。此外，提出并設(shè)計(jì)了基于Lue

5、nberger轉(zhuǎn)子磁鏈和負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的永磁同步電動(dòng)機(jī)耗散哈密頓控制器，在設(shè)計(jì)控制器的同時(shí)，通過對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化實(shí)時(shí)觀測(cè)，從而增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的魯棒性。
　　(4)基于自抗擾控制和內(nèi)?？刂评碚摚岢龊驮O(shè)計(jì)了自抗擾速度控制器和基于參數(shù)變化估計(jì)的內(nèi)模電流控制器構(gòu)成的永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制系統(tǒng)。由于自抗擾控制器能夠?qū)ν獠控?fù)載擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償和控制，提高了系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力，而參數(shù)變化在線估計(jì)器對(duì)內(nèi)?？刂破鞯膶?shí)時(shí)校正，減小了電動(dòng)機(jī)參數(shù)

6、變化對(duì)內(nèi)模電流控制器的控制性能的影響，整個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)具有很好的抑制能力。
　　(5)研究了基于鎖相環(huán)的滑模觀測(cè)器和擴(kuò)展Kalman濾波永磁同步電動(dòng)機(jī)無速度傳感器方法，并分析了這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。然后在傳統(tǒng)的模型參考自適應(yīng)速度估計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了改進(jìn)的基于定子電阻和速度同時(shí)估計(jì)的模型參考自適應(yīng)無速度傳感器，改善了該方法在低速情況下的估計(jì)性能，并與積分滑模速度控制器構(gòu)成了無速度傳感器矢量調(diào)速系統(tǒng)，取得了良好