基于双曲正切函数的永磁同步电动机无传感器速度位置辨识

摘要

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)结构简单可靠,能量密度大,近些年来得到了广泛的应用。基于永磁同步电机的电气传动系统也成为研究的热点。其中,矢量控制以其优良的控制效果成为高性能控制系统设计的重要思想和方法,但是矢量控制系统需要实时的检测电机转子速度及位置信息作为系统反馈量。目前,对速度及位置的检测主要靠高性能机械传感器完成,但是这些传感器的引入在增加系统成本的同时,却降低了系统的可靠性,所以,设计一种行之有效的无传感器速度及位置辨识方法就成了一个重要的研究课题。
　　滑模控制结构简单并且对系统扰动有着较强的鲁棒性。基于滑模变结构控制思想的滑模观测器也成为了永磁电机无传感器速度位置估计的一种重要解决方案。本文对经典滑模观测器的原理进行了剖析,分析了其在永磁同步电机速度位置辨识中的应用。在此基础上,针对经典滑模观测器在永磁同步电机位置估计中存在的相位滞后问题,提出了利用双曲正切函数代替符号函数的改进滑模法,并对所提出的滑模观测器的稳定性进行了推导分析和证明。随后,又提出了结合改进滑模和经典滑模的复合算法转速辨识结构,来优化改进滑模法的速度辨识效果。为了验证改进算法的有效性,在MATLAB/Simulink仿真环境中,搭建了永磁同步电动机矢量控制系统。在不同的工作条件下,对改进滑模法进行了多项仿真实验。在基于MATLAB的DSP系统级集成开发环境下,结合LabVIEW开发的上位机,完成了软件开发。最后,在基于TI公司的TMS320F2812DSP实验平台上进行了实验。
　　通过对系统仿真和实际实验结果的分析,证明了本文所提方法在改进经典滑模位置估计滞后问题上的有效性,所设计的观测器结构在电机稳态和动态过程中均能够准确的跟踪电机实际转速和位置,达到了改进效果。

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第一章 绪论

1.1. 永磁同步电机的发展现状

1.2. 课题的背景及研究现状

1.3. 本论文的主要内容

第二章 永磁同步电机矢量控制

2.1. 永磁同步电机的数学模型

2.2. 永磁同步电机的矢量控制

2.3. 永磁同步电机矢量控制系统仿真

2.4. 本章小结

第三章 永磁同步电机滑模观测器的改进

3.1. 滑模观测器介绍

3.2. 滑模观测器在永磁同步电机速度辨识中的应用

3.3. 改进滑模理论分析

3.4. 仿真

3.5. 本章小结

第四章 实验平台及算法实现过程分析

4.1.1. TMS320F2812DSP介绍

4.2. 软件开发平台

4.3. 软件主程序设计

4.4. 中断调用程序设计

4.5. 本章小结

第五章 实验结果及分析

5.1. 实验结果

5.2. 实验结果分析

第六章 总结展望

参考文献

致谢