无位置传感器无刷直流电机速度观测器设计

摘要

现代社会中随着计算机技术和电力电子技术等技术的飞速发展，所以近几年无刷直流电机也随之快速的发展，在逐渐的代替着其它种类电机的地位。由于无刷直流电机具有体积小、维修简单、噪音低等优点，所以在现代生产和生活中应用非常的广泛。但是传统的无刷直流电机具有位置传感器，增加了电机的体积和成本，降低了其可靠性，所以本文提出了两种无位置传感器无刷直流电机速度观测器的设计方法，分别为滑模观测器和扩展卡尔曼观测器。这样可以代替位置传感器对无刷直流电机的速度进行观测从而对无刷直流电机进行控制。这样不仅减小了无刷直流电机的体积而且还减少了电机的成本，所以具有很好的应用价值。
　　本文先简单的介绍了无刷直流电机的基本结构、运行原理和数学模型，然后通过本文中介绍的数学模型推导出滑模观测器的数学公式。并使用Matlab/Simulink仿真平台搭建了无刷直流电机和滑模观测器的仿真模型得到了电机实际转速和观测到的电机速度，验证了电机在平稳运行后能有效的观测到电机的速度。
　　本文还介绍了扩展卡尔曼滤波算法的基本原理，通过这个方法设计出基于此原理的速度观测器并通过Matlab/Simulink仿真平台验证此方法也能有效的观测出电机的速度。然后，对两种方法得到观测效果进行了比较。基于滑模观测器的速度观测器得到曲线显示，在电机刚起动时，速度曲线成阶梯状，与实际速度曲线相差较大，但当电机平稳运行后能很好的观测出电机速度。综合比较基于扩展卡尔曼滤波算法的速度观测器效果较好。
　　最后，本文对前两种方法进行了比较分析，并且分析结果，总结不足之处在哪，并提出应对办法。

目录

声明

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3选题的意义和目的

1.4观测器主要设计方法

1.5本文研究内容

2.1无刷直流电机的基本结构

2.2无刷直流电机数学模型

2.3无刷直流电机的工作原理

2.4无刷直流电机基本测速方法

2.5无位置传感器无刷直流电机工作原理及测速方法

2.6本章小结

3.1滑模观测器的基本原理

3.2滑模速度观测器的设计方案

3.3无刷直流电机和滑模观测的仿真

3.4仿真结果及分析

3.5本章小结

4基于扩展卡尔曼无刷直流电机速度观测器

4.1扩展卡尔曼滤波算法基本原理及观测器的算法流程

4.2卡尔曼速度观测器仿真结果及分析

4.3本章小结

5 总结与展望

参考文献

附录

在学研究成果

致谢