永磁同步电机伺服系统速度观测器的研究

摘要

随着电力电子技术的发展和微处理器性能的提高,永磁同步电机伺服系统控制性能不断提高,被广泛应用于工业生产和国防科研等众多领域。传统的基于旋转光电编码器的测速方法在低速时存在较大的检测误差，严重影响伺服系统的控制性能。为了解决传统测速方法存在的问题，本文对速度观测器进行了分析和研究。　　针对传统的开环瞬时速度观测器稳定性差,容易受到电机参数变化影响的缺点。本文以电机转子位置角度观测误差为反馈变量，设计了一种新型的闭环瞬时速度观测器，通过增加位置反馈闭环提高了速度观测器的抗扰性能。　　设计了全阶观测器和降阶观测器两种基于观测器理论的速度观测器，并对它们进行了对比分析，验证了它们的观测性能以及存在的问题。　　针对传统的基于卡尔曼滤波器的速度观测器辨识电机负载转矩速度慢的缺点，通过结合扰动观测器设计了一个新型的卡尔曼滤波器模型。以电机转子位置角度和负载转矩作为已知状态变量，对卡尔曼滤波器进行状态更新，提高了观测器的响应速度和检测精度。　　由于卡尔曼滤波器的矩阵运算和参数更新都需要很长的计算时间，会影响伺服系统的响应速度。为了减少卡尔曼滤波器的计算量，提高观测器的响应速度。本文设计了一个基于扰动观测器的二阶的卡尔曼滤波器。　　本文利用Matlab/simulink对上述几种速度观测器设计方案进行了研究和仿真分析，几种方案在低速时都能够很好的跟踪真实转速，取得了比较理想的效果。速度观测器理论的发展，必将大大提高交流伺服系统的整体性能。

目录

永磁同步电机伺服系统 速度观测器的研究

RESEARCH ON SPEED OBSERVER OFPMSM SERVO SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第 1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 传统速度检测方法及存在的问题

1.3 速度观测器研究现状

1.4 课题来源和研究内容

第 2 章 永磁同步电机瞬时速度观测器

2.1 瞬时速度观测器的设计

2.1.1 永磁同步电机的数学模型

2.1.2 瞬时速度观测的基本原理

2.2 仿真验证

2.2.1 设计控制系统结构

2.2.2 建立 Matlab/simulink 仿真模型

2.2.3 仿真结果及分析

2.3 闭环瞬时速度观测器

2.3.1 闭环瞬时速度观测器的设计

2.3.2 仿真结果分析

2.4 本章小结

第 3 章 基于状态观测器的速度观测器

3.1 状态观测器的存在性判别

3.1.1 电机状态方程的建立

3.1.2 状态观测器存在性的判别

3.2 全阶状态观测器

3.2.1 全阶状态观测器的设计

3.2.2 仿真结果分析

3.3 降阶状态观测器

3.3.1 降阶观测器的设计

3.3.2 仿真结果分析

3.4 本章小结

第 4 章 基于卡尔曼滤波的速度观测器设计

4.1 卡尔曼滤波器

4.1.1 卡尔曼滤波原理

4.1.2 卡尔曼滤波器的设计

4.2 仿真结果分析

4.2.1 卡尔曼滤波器仿真结果分析

4.2.2 卡尔曼滤波器与全阶观测器抗扰性对比分析

4.3 基于扰动观测器的卡尔曼滤波器

4.3.1 基于扰动观测器的卡尔曼滤波器的设计

4.3.2 仿真结果分析

4.4 本章小结

第 5 章 降阶卡尔曼滤波速度观测器

5.1 基于扰动观测器的降阶卡尔曼滤波器设计

5.2 系统仿真及结果分析

5.2.1 设计系统仿真方案

5.2.2 仿真结果分析

5.3 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢