基于滑模觀測(cè)器的無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)研究課件

基于滑模觀測(cè)器的無(wú)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(duì)象，采用變壓變頻技術(shù)對(duì)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(hào)是整個(gè)系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)前，在大多數(shù)調(diào)速驅(qū)動(dòng)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(guò)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(wú)位置傳感器的控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景。它通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的電流、電壓等可測(cè)量的物理量，通過(guò)特定的觀測(cè)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(guó)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(hào)處理器(DsP)的高速處理能力使無(wú)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(lái)，各國(guó)學(xué)者致力于無(wú)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(cè)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(wú)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(duì)于系統(tǒng)的攝動(dòng)、不確定性及外擾動(dòng)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(duì)系統(tǒng)參數(shù)的在線辨識(shí)，從而修改控制的參數(shù)來(lái)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(dòng)模態(tài)，通過(guò)改變切換狀況來(lái)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(guò)程中沒(méi)有減速，減速過(guò)程中沒(méi)有加速。抖動(dòng)是滑動(dòng)變結(jié)構(gòu)應(yīng)用存在的主要問(wèn)題，其控制機(jī)理決定了其輸出必定存在抖動(dòng)，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(gè)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(gè)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(dòng)勢(shì)模型：可以看出轉(zhuǎn)子角速度、位置只與反電動(dòng)勢(shì)有關(guān)，于是我們可以通過(guò)觀測(cè)其反電動(dòng)勢(shì)來(lái)確定轉(zhuǎn)子的角速度、位置?；Ｓ^測(cè)器在無(wú)位置觀測(cè)器系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)滑模觀測(cè)器狀態(tài)方程：切換函數(shù)為：當(dāng)經(jīng)過(guò)有限的時(shí)間間隔后進(jìn)入滑模狀態(tài)，可以得到經(jīng)過(guò)低通濾波后，即得到連續(xù)的反電動(dòng)勢(shì)，也就得出了轉(zhuǎn)子的角度，速度?；Ｓ^測(cè)器模塊圖可推得解決啟動(dòng)問(wèn)題的預(yù)備方案永磁同步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極到位置是任意的，為了防止電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，且保證啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大，必須對(duì)莊子的初始位置進(jìn)行檢測(cè)。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(shì)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(kāi)始定位會(huì)抖動(dòng)一下，并且我們不知道轉(zhuǎn)子是否已經(jīng)轉(zhuǎn)到了我們?cè)O(shè)定的位置。永磁同步電機(jī)在各個(gè)方向上磁路的飽和程度是不一樣的，各個(gè)方向的磁導(dǎo)率是不一樣的，磁場(chǎng)存在非線性。因此對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的不同方向，定子鐵心的等效電感值會(huì)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(huì)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(dòng)勢(shì)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(duì)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(xiě)DSP程序