无传感器感应电机高阶滑模观测器的研究

摘要

由于具有结构简单、制造方便、运行可靠、成本低廉、对恶劣环境适应性强等优点,感应电机越来越多地应用于伺服系统。矢量控制可以使感应电机等效为直流电机,分别对转子磁链和转子转速进行闭环控制,但这需要获得转子磁链和转子转速的准确信息,通常采用直接测量或间接估计方法。但前者需要特殊的传感器,在实际中很难应用。后者利用感应电机的定子电流和定子电压的测量值,通过估计算法获得转子磁链的大小和位置,以及转子转速的信息。己经提出了很多种基于观测器的转子磁链和转速的估计方法,如Luenberge观测器等。但是这些方法都依赖于感应电机精确的数学建模,鲁棒性较差。滑模控制技术具有强鲁棒性和对参数摄动及外部扰动不敏感等优点,滑模观测器可以通过等效控制信号获得转子磁链和转速的估计值。
　　本文应用高阶滑模方法,分别设计了感应电机转子磁链观测器和转子转速观测器,应用高阶滑模技术获得了一个平滑的控制信号,直接将其用于转子磁链和转速的估计,并利用Lyapunov稳定性原理证明了观测器系统的稳定性,从而实现了转子磁链和转速的估计,进而实现基于直接矢量控制的感应电机转速和磁链的闭环控制。为了验证算法的正确性,进行了Matlab仿真,结果表明,高阶滑模观测器实现了对转子磁链和转子转速的准确观测。最后,为基于高阶滑模观测器的无传感器感应电机实验系统搭建了软硬件实验平台,应用研华公司生产的PCI-1710U数据采集卡在LabVIEW检测平台下对感应电机定子电压、电流进行数据采集,将采集到的数据送入观测器对转速和转子磁链进行观测,并将转子转速和转子磁链的估计值与实测数据进行对比,通过实验验证理论方法的正确性。

目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2感应电机控制技术的发展及现状

1.2.1感应电机控制系统

1.2.2矢量控制技术

1.2.3直接转矩控制技术

1.3感应电机无传感器控制技术的发展及现状

1.3.1感应电机无传感器控制系统

1.3.2转速和转子磁链的估计方法

1.4滑模变结构控制技术的发展及现状

1.5主要研究内容

第2章感应电机矢量控制系统

2.1三相静止坐标系下感应电机数学建模

2.1.1电压方程

2.1.2磁链方程

2.1.3转矩方程

2.2感应电机矢量控制原理

2.2.1坐标变换

2.2.2状态方程

2.2.3直接矢量控制

2.3仿真分析

2.4本章小结

第3章转子磁链高阶终端滑模观测器

3.1滑模控制与滑模观测器

3.1.1滑模控制的基本概念

3.1.2滑模控制的抖振问题

3.2高阶终端滑模转子磁链观测器

3.2.1观测器的设计方法

3.2.2观测器设计方法的改进

3.3仿真分析

3.4本章小结

第4章转速高阶终端滑模观测器

4.1基于矢量控制的转速闭环系统

4.2转速高阶终端滑模观测器

4.2.1定子电流观测器

4.2.2转速的估计

4.3仿真分析

4.4本章小结

第5章感应电机实验系统

5.1实验系统总体方案

5.2感应电机参数测量实验

5.3基于LabVIEW的数据采集实验

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢