基于改进型滑模观测器的PMSM无传感器控制策略研究

摘要

永磁同步电机由于具有结构简单、可靠性高等特点，在各种领域得到了广泛应用。随着电力电子技术和数字控制技术的发展，以及新型电机控制理论的逐步完善，永磁同步电机矢量控制的应用已经从高性能领域扩展至通用驱动及专用驱动场合。
　　随着永磁同步电机应用领域越来越广，其应用环境受限的问题也日益凸显。众所周知，在家用电器应用领域中，作为空调制冷系统的心脏，压缩机的作用是循环制冷，并且制冷系统需要严密的封装，机械式传感器在这种复杂的运行环境下极易受到损坏，这不仅影响系统的抗干扰性及可靠性，还会因此产生不必要的维修费用。目前，国内外专家不仅应用半导体技术提升了永磁同步电机处理复杂的任务的能力，对如何将驱动器与电机有机地结合在一起从而开发出更低成本、更高性能的控制系统也做了深入的研究。永磁同步电机高性能无速度传感器矢量控制成为近年来的研究热点。
　　本文首先介绍了永磁同步电机以及无传感器矢量控制的国内外研究现状。然后对永磁同步电机的基本结构以及永磁同步电机矢量控制系统的基本理论进行了详细的阐述，并在Matlab/Simulink的环境下对整个系统进行了模型的搭建及仿真。针对永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统的实现，本文引入了滑模变结构理论，利用电机电流的实际值与反馈值的误差设计滑模观测器，再利用携带转子位置信息的感应电动势来估算电机的转速和位置信息。本文将具有良好跟踪性能的锁相环技术应用在转子位置的估算中，仿真结果表明，应用锁相环技术后系统的抖振现象有了明显的削弱，观测精度有了明显提升。但由于滑模变结构自身非线性的特点，使得系统的观测结果带有明显的抖振现象，这严重影响了滑模观测器的观测精度，为了增强系统的鲁棒性，使系统获得更好的动态性能，针对该问题，本文将分数阶微积分理论与锁相环进行了有效的融合。仿真结果表明，引入分数阶微积分理论后，系统的动态性能得到了明显的提升，并且系统的鲁棒性也明显增强。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 PMSM常用无传感器控制方法

1．3 滑模观测器研究现状

1．4 课题主要研究内容

第2章 永磁同步电机矢量控制基本理论

2．1 三相PMSM的基本结构及分类

2．2 三相PMSM的坐标变换及数学模型

2．2．1 PMSM在三相静止坐标系(abc)下的数学模型

2．2．2 常用三种坐标系之间的变换关系

2．2．3 α-β坐标系中PMSM的数学模型

2．2．4 d-q坐标系中PMSM的数学模型

2．3 三相PMSM坐标变换关系的仿真建模

2．4 本章小结

第3章 永磁同步电机矢量控制策略

3．1 永磁同步电机矢量控制系统

3．1．1 PMSM矢量控制方式

3．1．2 PMSM矢量控制基本原理

3．2 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)分析

3．2．1 电压空间矢量的表示

3．2．2 SVPWM算法的原理

3．3 SVPWM算法实现及仿真建模

3．3．1 SVPWM算法扇区的确定

3．3．2 SVPWM算法扇区作用时间的确定

3．3．3 SVPWM算法空间电压矢量切换点的确定

3．4 PMSM矢量控制仿真

3．5 本章小结

第4章 基于滑模观测器的矢量控制策略

4．1 滑模变结构控制

4．1．1 滑模变结构基本理论

4．1．2 滑模变结构控制系统的抖振问题

4．2．1 静止坐标系下滑模观测器的设计

4．2．2 同步旋转坐标系下滑模观测器的设计

4．2．3 基于准滑动模态的滑模变结构控制

4．3 转子位置信息的估计

4．3．1 基于数学计算的转子速度与转子位置角估计

4．3．2 基于锁相环的转子速度与转子位置角估计

4．4 滑模观测器仿真建模与分析

4．5 本章小结

第5章 基于分数阶锁相环的转子位置估计

5．1 分数阶微积分

5．1．1 分数阶微积分基本理论

5．1．2 分数阶微积分的滤波器近似应用

5．1．3 分数阶微积分滤波器的仿真分析

5．2 分数阶锁相环的设计及系统仿真

5．3 系统仿真结果分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢