基于滑模觀測器的無位置傳感器永磁同步電機(jī)研究課件

基于滑模觀測器的無位置傳感器永磁同步電機(jī)研究08.12.161.研究意義永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是以永磁同步電機(jī)為控制對象，采用變壓變頻技術(shù)對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的控制系統(tǒng)。因其具有能耗低、可靠性高、控制精確等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。PMSM控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行是建立在閉環(huán)控制基礎(chǔ)之上的，如何獲取轉(zhuǎn)子位置和速度信號是整個系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)。當(dāng)前，在大多數(shù)調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)中，最常用的方法是在轉(zhuǎn)子軸上安裝位置傳感器,不過傳感器增加了系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的可靠性和耐用性。因此，無位置傳感器的控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景。它通過測量電動機(jī)的電流、電壓等可測量的物理量，通過特定的觀測器策略估算轉(zhuǎn)子位置，提取永磁轉(zhuǎn)子的位置和速度信息，完成閉環(huán)控制。主要優(yōu)點(diǎn)：1、減少成本2、減小電機(jī)體積3、提高系統(tǒng)可靠性4、減少系統(tǒng)維護(hù)量2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電力電子器件的發(fā)展為電機(jī)調(diào)速奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。高速數(shù)字信號處理器(DsP)的高速處理能力使無位置傳感器電機(jī)控制技術(shù)的復(fù)雜算法得到實(shí)現(xiàn)，近10年來，各國學(xué)者致力于無位置傳感器控制系統(tǒng)的研究，并且提出了幾種切實(shí)可行的方法，目前，適用于永磁同步電機(jī)位置估算的主要策略有：（1）利用定子端電壓和電流直接計(jì)算ω和θ（2）基于觀測器基礎(chǔ)上的估算（3）模型參考自適應(yīng)（4）人工智能理論基礎(chǔ)上的估算無位置傳感器系統(tǒng)框圖3.1滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)控制是一種非線性控制，其對于系統(tǒng)的攝動、不確定性及外擾動具有完全的自適應(yīng)性。但是它的自適應(yīng)控制有本質(zhì)的差別，自適應(yīng)控制是利用對系統(tǒng)參數(shù)的在線辨識，從而修改控制的參數(shù)來更好地削弱系統(tǒng)的不確定性的影響，而變結(jié)構(gòu)控制是依靠其自身的滑動模態(tài)，通過改變切換狀況來抵御不確定性。變結(jié)構(gòu)控制的根本思想是反向控制，而反向控制獨(dú)特的性能上強(qiáng)制性，具有極強(qiáng)的魯棒性，從物理的角度而言，變結(jié)構(gòu)控制總是產(chǎn)生最大作用，最大加速，最大減速，加速過程中沒有減速，減速過程中沒有加速。抖動是滑動變結(jié)構(gòu)應(yīng)用存在的主要問題，其控制機(jī)理決定了其輸出必定存在抖動，也正因?yàn)榇似渚哂袠O強(qiáng)的魯棒性。直線s=0是切換線，在這個切換線上，u是不連續(xù)的。設(shè)t=0時(shí)，狀態(tài)x在s>0一側(cè)，在u=u+作用下，在某個時(shí)限后到達(dá)s=0，并進(jìn)入s<0一側(cè)，u=u-，又往s=0控制?！?dāng)系統(tǒng)在滑模狀態(tài)時(shí)，PMSM在坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型假設(shè)即轉(zhuǎn)速變化很慢時(shí)，電機(jī)的反電動勢模型：可以看出轉(zhuǎn)子角速度、位置只與反電動勢有關(guān)，于是我們可以通過觀測其反電動勢來確定轉(zhuǎn)子的角速度、位置。滑模觀測器在無位置觀測器系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)滑模觀測器狀態(tài)方程：切換函數(shù)為：當(dāng)經(jīng)過有限的時(shí)間間隔后進(jìn)入滑模狀態(tài)，可以得到經(jīng)過低通濾波后，即得到連續(xù)的反電動勢，也就得出了轉(zhuǎn)子的角度，速度?；Ｓ^測器模塊圖可推得解決啟動問題的預(yù)備方案永磁同步電機(jī)在啟動時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極到位置是任意的，為了防止電機(jī)啟動時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，且保證啟動轉(zhuǎn)矩最大，必須對莊子的初始位置進(jìn)行檢測。通常方法是給電機(jī)施加一定時(shí)間的電壓脈沖，把轉(zhuǎn)子磁極拖到定子合成磁勢軸線重合的位置，即讓電機(jī)轉(zhuǎn)到我們已知位置。這種方法電機(jī)開始定位會抖動一下，并且我們不知道轉(zhuǎn)子是否已經(jīng)轉(zhuǎn)到了我們設(shè)定的位置。永磁同步電機(jī)在各個方向上磁路的飽和程度是不一樣的，各個方向的磁導(dǎo)率是不一樣的，磁場存在非線性。因此對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的不同方向，定子鐵心的等效電感值會有些差別，如果施加幅值相等而方向不同的一系列相同時(shí)間的電壓脈沖，脈沖結(jié)束時(shí)的定子電流合成矢量值的大小會不同，與定子電流合成矢量的方向有關(guān)，得到最大電流的方向就是轉(zhuǎn)子磁極N極方向，因?yàn)楫?dāng)定子磁動勢合成矢量與轉(zhuǎn)子磁極N極方向一致時(shí)，磁路最飽和，磁導(dǎo)率最小對應(yīng)的電感值最小，電流上升最快。3.3研究安排理論分析，閱讀資料2-3月進(jìn)行MATLAB仿真試驗(yàn)4月設(shè)計(jì)硬件電路5月編寫DSP程序