基于参数自适应新型滑模观测器的PMSM无位置传感器控制技术研究

摘要

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)由于其运行可靠等优点得到了广泛应用，为了对其进行精确控制，需要安装位置传感器，从而增加系统成本，也限制了驱动装置在恶劣环境下的应用。本文以表贴式永磁同步电机为实验对象，研究基于滑模观测器(Sliding Mode Observer，SMO)的无位置传感器控制策略。在此基础上，构建了新型滑模观测器，用于减小观测器的抖振现象，提高系统对参数变化的鲁棒性。 传统的滑模观测器中，控制函数为sign(·)函数，为了减小抖振现象，需要低通滤波器和角度补偿环节，增加了系统的复杂度，并且降低了观测精度。针对该问题，本文采用变边界层宽度的sigmoid(·)函数作为控制函数，同时采用反电动势观测器用于分离反电动势信号，不再需要低通滤波和转子角度补偿，简化系统结构，提高观测精度。另外，采用定子电阻自适应策略，同时构建负载转矩观测器，并且利用Lyapunov函数证明系统的稳定性，提高系统对参数变化的鲁棒性。分析混合终端滑模的原理，在保证系统稳定性的前提下，可以提高系统的收敛速度和跟踪精度。在传统指数趋近律的基础上，分析一种改进指数趋近律，在保证观测精度的同时，提高系统的收敛速度。 搭建基于MATLAB／Simulink环境下的永磁同步电机无位置传感器仿真模型，以及以XE164为核心的电机控制平台，仿真和实验结果验证了本文采用的控制方法的有效性。

目录

声明

1绪论

1.1课题背景与意义

1.2 永磁同步电机无速度传感器控制方法概述

1.2.1 低速和零速区间的转速估计方法

1.2.2 中高速区间的转速估计方法

1.3永磁同步电机滑模观测器研究现状

1.4本文主要研究内容

2 三相永磁同步电机数学模型及传统滑模观测器原理

2.1 三相永磁同步电机的基本数学模型

2.2 两相静止坐标系下的数学模型

2.3 同步旋转坐标系下的数学模型

2.4 PMSM的矢量控制

2.4.1 空间矢量脉宽调制

2.4.2 PMSM的矢量控制系统

2.5 滑模变结构控制

2.5.1 滑模变结构原理

2.5.2 滑模变结构系统中的等效控制

2.5.3 传统滑模观测器的原理

2.5.4 仿真验证

2.6 本章小结

3 基于新型滑模观测器的PMSM无位置传感器矢量控制系统

3.1 改进滑模电流观测器的原理

3.2 反电动势观测器的原理

3.3 定子电阻和反馈增益自适应滑模观测器的原理

3.4 基于负载转矩观测器的转矩前馈控制

3.5 新型滑模观测器性能分析

3.6 本章小结

4 PMSM滑模变结构系统的动态品质控制

4.1 混合终端滑模观测器的原理

4.2 基于新型指数趋近律的PMSM调速系统动态品质控制

4.2.1 常规指数趋近律和新型指数趋近律

4.2.2 控制器设计

4.3 本章小结

5 永磁同步电机新型滑模观测器无位置传感器控制策略实验分析

5.1 控制系统硬件设计

5.1.1 功率电路

5.1.2 电流检测电路

5.1.3 电压检测电路

5.2 软件结构

5.2.1 主要程序模块

5.2.2 控制策略概述

5.3 实验结果对比分析

5.3.1 稳态性能分析

5.3.2 动态性能分析

5.3.3 启动性能分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间成果