基于非线性观测器的永磁同步电机无传感器控制

摘要

高性能的永磁同步电机变频调速系统在航天、机器人、数控机床、电动汽车等领域有着越来越广泛的应用,高精度的速度／位置传感器是交频调速系统中重要的组成部分,但由于其昂贵的价格和严格的使用环境要求而限制了变频调速系统的应用范围,因此无速度／位置传感器的永磁同步电机控制系统研究有着很大的实际意义。
　　 无传感器控制技术的关键问题是如何准确估计转子的位置和速度,本文简要介绍了几种常见的无速度传感器控制技术,并针对基于非线性观测器的无速度传感器技术展开了深入的研究。
　　 基于非线性观测器的无传感器控制方法适用于中高速区域,基本原理是在研究对象的状态方程之上再加入误差校正项,从而形成观测器方程,非线性观测器法的难点就在于设计误差校正项。永磁同步电机包括表贴式和内嵌式两种,本文针对两种电机分别讨论了非线性观测器的设计与应用方法。根据表贴式永磁同步电机在αβ坐标系中的状态方程,讨论了电机系统的可观测性,设计了非线性观测器,利用Lyapunov稳定性原理讨论了观测器的稳定条件。由于推导非线性观测器过程中忽略了负载转矩,引入了模型误差,因此在原观测器基础之上加入负载转矩观测,仿真结果显示,这提高了观测器的估计准确度和抗扰动性能。针对内嵌式永磁同步电机在αβ坐标系中的状态方程,将状态方程简化,使其与表贴式电机相仿,采用同样方法推导非线性观测器,也加入负载转矩观测。
　　 由于非线性观测器的方法基于电机模型,对电机参数变化比较敏感,因此实验中加入参数在线调整,并提出对观测器的状态估计值进行修正的方法。在基于TMS320F2812微控制器的电机控制平台上开展实验,详细测试了非线性观测器的稳态、动态和抗扰动的性能。结果表明,非线性观测器同样可以适用于内嵌式永磁同步电机的无传感器控制,转子速度和角度估计值能够快速准确地收敛到真实值。