永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高和運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)在數(shù)控機(jī)床、航空航天和機(jī)器人研究等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而永磁同步電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合、多變量、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，為了滿足在復(fù)雜工作環(huán)境下高可靠性與高性能的控制要求，需要解決參數(shù)攝動(dòng)、外部擾動(dòng)等不確定性因素所帶來的諸多問題。本文以復(fù)雜工作環(huán)境下永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為研究對(duì)象，開展基于滑模變結(jié)構(gòu)控制理論的非線性控制策略、擾動(dòng)自抑制控制技術(shù)、無(wú)位置傳感器運(yùn)行方法及逆變器故障診斷技術(shù)的相

2、關(guān)研究，探討高性能與高可靠性永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)途徑與策略，具有理論與工程應(yīng)用雙重價(jià)值。
　　首先，建立了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)滑模變結(jié)構(gòu)等速趨近律與指數(shù)趨近律進(jìn)行了分析。指出其趨近速度與滑模抖振水平存在的矛盾問題，在其基礎(chǔ)上提出了兩種新型滑模趨近律，在有效抑制傳統(tǒng)滑模趨近律抖振現(xiàn)象的同時(shí)進(jìn)一步提高了趨近速度，解決了現(xiàn)有趨近律存在的矛盾問題。給出了基于趨近律的轉(zhuǎn)速與電流滑模控制器設(shè)計(jì)方法與過程，構(gòu)建了永磁同步電機(jī)滑模調(diào)

3、速系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)控制性能。
　　其次，深入分析了擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制性能影響，以擾動(dòng)量作為系統(tǒng)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)提出了一種擴(kuò)展滑模擾動(dòng)觀測(cè)器，給出了觀測(cè)器參數(shù)選取原則。所提出的擾動(dòng)觀測(cè)器能夠同時(shí)對(duì)內(nèi)部參數(shù)攝動(dòng)與外部負(fù)載擾動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)，并且其具有的一階濾波功能可以有效抑制滑模抖振。為了克服系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)、外部擾動(dòng)等不確定性對(duì)電機(jī)控制性能的影響，結(jié)合所提出的擾動(dòng)觀測(cè)器與滑模速度控制器提出了一種抗擾動(dòng)復(fù)合控制策略。該策略將擾動(dòng)觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)的系統(tǒng)擾動(dòng)

4、量前饋輸入到滑模速度控制器中，提高了永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力。
　　再次，為增強(qiáng)系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)能力、提高系統(tǒng)可靠性，分析基于傳統(tǒng)滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與速度估計(jì)方法，并指出其存在的低通濾波器影響觀測(cè)精度的問題，在高階滑?？刂婆c終端滑?？刂苹A(chǔ)上提出了一種二階混合終端滑模觀測(cè)器，并對(duì)其滑?？刂坡蛇M(jìn)行了設(shè)計(jì)，所提出的新型觀測(cè)器在有效抑制滑模固有抖振現(xiàn)象的同時(shí)避免了傳統(tǒng)滑模觀測(cè)器中低通濾波環(huán)節(jié)的引入，提高了轉(zhuǎn)子位置與速度

5、的觀測(cè)精度。同時(shí)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了永磁同步電機(jī)參數(shù)攝動(dòng)對(duì)觀測(cè)器估計(jì)結(jié)果幅值與相位的影響；
　　最后，為了進(jìn)一步提高永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，構(gòu)建了永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)混合邏輯動(dòng)態(tài)模型與滑模電壓觀測(cè)器，在此基礎(chǔ)上提出一種無(wú)電壓傳感器永磁同步電機(jī)逆變器開路故障診斷方法，該方法首先獲取混合邏輯動(dòng)態(tài)模型提供的先驗(yàn)電壓信息與電壓觀測(cè)器估計(jì)電壓信息之間的殘差，然后對(duì)電壓殘差進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)從而提取故障信息，所提方法實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)逆