基于自適應(yīng)卡爾曼觀測器的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)速度控制

1、基于自適應(yīng)卡爾曼觀測器的基于自適應(yīng)卡爾曼觀測器的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)速度控制永磁同步電機(jī)系統(tǒng)速度控制SpeedcontrolofPermanentMagSynchronousMotwithaSelfAdaptionKalmanObserver學(xué)科專業(yè)：控制科學(xué)與工程研究生：王錚指導(dǎo)教師：史婷娜教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院二零一四年十二月摘要永磁同步電機(jī)（PMSM）具有結(jié)構(gòu)簡單、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)矩電流比大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)場所得到了廣泛應(yīng)用。在

2、永磁同步電機(jī)系統(tǒng)矢量控制過程中，轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信號(hào)是必不可少的反饋量，這些信息可以通過光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器及位置速度觀測算法得到。其中，絕對式編碼器能夠直接讀取電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，適合應(yīng)用于永磁同步電機(jī)系統(tǒng)中。此外，在永磁同步電機(jī)系統(tǒng)控制過程中，測量轉(zhuǎn)速作為反饋信號(hào)用于跟蹤給定轉(zhuǎn)速，因此，測量轉(zhuǎn)速的質(zhì)量必然會(huì)影響電機(jī)的運(yùn)行性能。為此，本文主要圍繞測量轉(zhuǎn)速對電機(jī)運(yùn)行性能的影響以及電機(jī)控制相關(guān)問題展開了一系列研究。首先本文詳細(xì)地分析了絕對式編

3、碼器的測量機(jī)理，對傳統(tǒng)測速方法的測速誤差與時(shí)間延時(shí)進(jìn)行了分析。其次，從理論角度分析了測速精度和時(shí)間延時(shí)對電機(jī)運(yùn)行性能的影響。為解決傳統(tǒng)測速方法所存在的測量精度低和延時(shí)時(shí)間長以及改善傳統(tǒng)卡爾曼觀測器的動(dòng)態(tài)性能差的問題，本文提出了一種測量噪聲自適應(yīng)卡爾曼觀測器，該觀測器主要根據(jù)彌補(bǔ)絕對式編碼器的測量誤差和提高算法的動(dòng)態(tài)跟蹤性的思想所設(shè)計(jì)的。根據(jù)永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型設(shè)定觀測器的參數(shù)值，使得該觀測器可以用于觀測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在電

4、機(jī)運(yùn)行狀態(tài)突變的情況下，本文提出的觀測器實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的測量噪聲，并對增益矩陣進(jìn)行更新，以確保算法的準(zhǔn)確性與及時(shí)性。此外，將卡爾曼觀測器觀測的信號(hào)作為永磁同步電機(jī)矢量系統(tǒng)中的速度反饋信號(hào)和負(fù)載補(bǔ)償信號(hào)，構(gòu)建永磁同步電機(jī)前饋反饋控制系統(tǒng)，提高了電機(jī)系統(tǒng)的抗擾性能和轉(zhuǎn)速跟蹤性能。本文搭建永磁同步電機(jī)系統(tǒng)控制平臺(tái)，并在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了自適應(yīng)卡爾曼觀測器的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明測速方法中的測量精度與時(shí)間延時(shí)會(huì)影響電機(jī)的運(yùn)行性能；本文所設(shè)計(jì)的自適