永磁同步電機非線性控制策略及無速度傳感器估計方法的研究.pdf

1、永磁同步電動機具有體積小、功率密度大、效率高、維護簡單等優(yōu)點，得到了廣泛地應用。由于永磁同步電動機的動態(tài)數(shù)學模型是一個多變量耦合非線性系統(tǒng)，而且受電機參數(shù)變化、負載擾動等不確定性的影響，傳統(tǒng)的控制方法存在許多不足。此外，在永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)中，轉子的位置和速度信息可以通過傳感器檢測和計算得到，然而傳感器的安裝增加了成本和轉軸的慣量，影響了系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。因此，利用電機繞組中的有關信號，進行無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的設計已成為研

2、究的趨勢。論文依托國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)重點項目資助的《電氣傳動及控制系統(tǒng)節(jié)能技術的研發(fā)》(課題編號:2006AA04Z183)，主要從永磁同步電機的非線性控制策略和無速度傳感器方法進行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)針對永磁同步電動機矢量調(diào)速系統(tǒng)研究了負載自適應估計的反步控制器，具有一定的抗負載擾動能力。然后提出并設計了永磁同步電動機矢量調(diào)速系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)的基于擴張狀態(tài)觀測器的滑模變結構反步控制器，增強了控制

3、器的快速響應性和對外界擾動的抑制能力;同時通過設計擴張狀態(tài)觀測器實時估計控制系統(tǒng)的負載擾動，可以及時調(diào)整控制量，有效減小滑模變結構中的趨近率參數(shù)。
　　(2)通過反饋線性化方法將永磁同步電機動態(tài)解耦成二階線性轉速子系統(tǒng)和一階電流子系統(tǒng)，并設計了永磁同步電機矢量調(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)定運行，同時采用模型參考自適應方法來實時估計電阻的變化，從而對控制器進行補償，改善了系統(tǒng)的控制性能。然后提出并設計了一種反饋線

4、性化方法與滑模變結構相結合的控制器實現(xiàn)了電動機給定速度和電流的準確跟蹤，具有更好的動靜態(tài)性能，此外由于控制器需要用到速度的微分信號，而該信號的求取需要負載轉矩，所以采用了擴張狀態(tài)觀測器進行負載估計。
　　(3)從能量平衡的觀點，研究了基于負載轉矩自適應估計的永磁同步電動機的耗散哈密頓控制器，在期望轉速平穩(wěn)運行時，閉環(huán)系統(tǒng)哈密頓函數(shù)取得最小值，從而達到所需要的調(diào)速效果，并且負載轉矩估計具有較好的估計效果。此外，提出并設計了基于Lue

5、nberger轉子磁鏈和負載轉矩觀測器的永磁同步電動機耗散哈密頓控制器，在設計控制器的同時，通過對轉子磁鏈和負載轉矩的變化實時觀測，從而增強了控制系統(tǒng)的魯棒性。
　　(4)基于自抗擾控制和內(nèi)?？刂评碚摚岢龊驮O計了自抗擾速度控制器和基于參數(shù)變化估計的內(nèi)模電流控制器構成的永磁同步電動機的矢量控制系統(tǒng)。由于自抗擾控制器能夠對外部負載擾動進行補償和控制，提高了系統(tǒng)的抗擾動能力，而參數(shù)變化在線估計器對內(nèi)?？刂破鞯膶崟r校正，減小了電動機參數(shù)

6、變化對內(nèi)模電流控制器的控制性能的影響，整個控制系統(tǒng)對參數(shù)變化和負載擾動具有很好的抑制能力。
　　(5)研究了基于鎖相環(huán)的滑模觀測器和擴展Kalman濾波永磁同步電動機無速度傳感器方法，并分析了這兩種方法的優(yōu)缺點。然后在傳統(tǒng)的模型參考自適應速度估計方法的基礎上，提出并設計了改進的基于定子電阻和速度同時估計的模型參考自適應無速度傳感器，改善了該方法在低速情況下的估計性能，并與積分滑模速度控制器構成了無速度傳感器矢量調(diào)速系統(tǒng)，取得了良好