永磁同步电机无位置传感器矢量控制优质PPT.pptx
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缺点:
存在滑模抖振。
模型参考自适模型参考自适应法应法优点:
抗扰能力强;
对模型参数的准确度缺点:
对模型参数的准确度依赖较大。
依赖较大。
扩展卡尔曼滤扩展卡尔曼滤波法波法优点:
能够抑制测量噪声和能够抑制测量噪声和系统噪声系统噪声;
计缺点:
计算量大、复杂度高。
算量大、复杂度高。
估估计计的的参参数数中中存存在在高高频频噪噪声声,必必须使用滤波器。
须使用滤波器。
PMSM矢量控制框图矢量控制框图电流电流环环控制器控制器转速环转速环控制器控制器主要工作改进了转速环控制器和电流环控制器,提高了系统抗扰动能力。
无位置传无位置传感器控制感器控制0011在低速段,在低速段,研究研究了两了两种基于种基于无滤波器信号无滤波器信号分离策略的脉振高频分离策略的脉振高频方波电压注入法方波电压注入法。
创新点:
采用方波信号注入,实现了无滤波器信号分离,提高了转子位置估计精度。
在中高速段,在中高速段,研究了研究了一种具有电机参数在一种具有电机参数在线估计的基于自适应线估计的基于自适应二阶滑模观测器的转二阶滑模观测器的转子位置检测方法子位置检测方法。
有效抑制了滑模抖振,避免了滤波器的使用,提高了转子位置估计精度。
针对全速针对全速范围内范围内的无位置传感器的无位置传感器控制,研究了一控制,研究了一种复合控制算法。
种复合控制算法。
02PARTTWO永磁同步电机矢量控制系统控制器设计0022PMSM基于PI调节器的矢量控制系统PMSM矢量控制框图矢量控制框图电流电流环环控制器控制器转速环转速环控制器控制器没有摆脱对没有摆脱对电机模型和电机模型和参数的依赖参数的依赖,当扰动当扰动过大过大时,其无法时,其无法满足调速要满足调速要求。
求。
仅实现了静仅实现了静态解耦,并态解耦,并没有消除动没有消除动态耦合关系态耦合关系。
耦合项0022电流环控制器设计为为了了观观察察电电机机d-qd-q轴轴电电流流的的耦耦合合影影响响,进进行行了了仿仿真真分分析析。
图图所所示示的的工工况况为为初初始始转转速速为为零零,在在0.2s时时刻刻转转速速阶阶跃跃给给定定为为0-300rad/s,在在0.4s时时刻刻给给定定300-600rad/s的的转转速速阶阶跃跃,在在0.6s时时刻刻给给定定600-900rad/s转速阶转速阶跃。
跃。
转速转速阶跃给定时阶跃给定时dq轴电流瞬态波形轴电流瞬态波形随着随着转速的升高,交直轴电流的转速的升高,交直轴电流的动态过渡过程越来越动态过渡过程越来越长。
长。
0022电流环控制器设计内模内模控制框图控制框图内模等效控制框图内模等效控制框图其其中中:
为为内内模模控控制制器器,为为控控制制系系统统的的输输入入给给定定,为为控控制系统的输出,制系统的输出,为被控对象,为被控对象,其等效控制器为:
其等效控制器为:
为内模模型。
内模控制器可以设计内模控制器可以设计为:
为:
电流环电流环等效等效控制器为:
控制器为:
反对角线积分反对角线积分项对交叉耦合项起到项对交叉耦合项起到了补偿作用。
了补偿作用。
未解耦的未解耦的dq轴电流波形轴电流波形解耦后的解耦后的dq轴电流波形轴电流波形结论:
表明q轴上的电流波动对d轴电流无影响,实现了dq轴电流的解耦。
0022仿真对比研究a)电机电机恒转矩恒转矩运行,运行,转速突变转速突变。
基于传统基于传统PI调节器调节器的仿真结果的仿真结果本文所设计的复合控制器的仿真结果本文所设计的复合控制器的仿真结果波动幅度高达波动幅度高达+23N+23Nmm波动幅度为波动幅度为+19N+19Nmm结论:
表明本文所设计的复合控制器在转速突变时能够实现高性能的矢量控制。
0022仿真对比研究b)电机电机恒转速运行,恒转速运行,负载突变负载突变。
基于传统基于传统PI调节器调节器的仿真结果的仿真结果本文所设计的复合控制器的仿真结果本文所设计的复合控制器的仿真结果波动幅度高波动幅度高达达-80rad/s-80rad/s给定电气角速度给定电气角速度400rad/s,初始负载转矩,初始负载转矩5Nm,t=0.2s时提高到时提高到15Nm,t=0.4s时降低到时降低到10Nm。
波动幅度只有波动幅度只有-10rad/s-10rad/s结论:
表明本文所设计的复合控制器抗扰动能力强,稳速效果好。
03PARTTHREE基于自适应二阶滑模观测器的中高速段无传感器矢量控制观测器结构框图观测器结构框图自适应二阶滑模观测器自适应二阶滑模观测器位置跟踪观测器位置跟踪观测器0033自适应二阶滑模观测器设计建立定子电流状态估计方程:
建立定子电流状态估计方程:
其中:
符号其中:
符号“”代表估计值,代表估计值,“”代表误差值代表误差值。
电机电机的电流的电流状态方程状态方程:
0033自适应二阶滑模观测器设计根据电流误差状态方程建立根据电流误差状态方程建立二阶滑模观测器方程:
二阶滑模观测器方程:
选择选择滑模超平面。
滑模超平面。
用等效控制法来获得用等效控制法来获得:
收敛时收敛时其中:
,。
0033自适应二阶滑模观测器设计采用模型参考自适应法估计反电动势:
采用模型参考自适应法估计反电动势:
参考模型参考模型可调模型可调模型可调模型可调模型采用李亚普诺夫方程进行稳定采用李亚普诺夫方程进行稳定性分析:
性分析:
选取李亚普诺夫函数如下选取李亚普诺夫函数如下:
若若,则系统稳定。
,则系统稳定。
修正修正0033仿真对比研究0a)电机电机恒转矩恒转矩运行,运行,转速突变转速突变。
传统传统SMO仿真仿真波形图波形图ASMO仿真仿真波形图波形图转速估计到的转速中不含高频噪声估计到的转速中不含高频噪声0033仿真对比研究0a)电机电机恒转矩恒转矩运行,运行,转速突变转速突变。
传统传统SMO仿真仿真波形图波形图ASMO仿真仿真波形图波形图反电动势估计到的反电动势中不含高频噪声估计到的反电动势中不含高频噪声0033仿真对比研究0a)电机电机恒转矩恒转矩运行,运行,转速突变转速突变。
传统传统SMO仿真仿真波形图波形图ASMO仿真仿真波形图波形图转子位置估计到的转子位置角中不含高频噪声估计到的转子位置角中不含高频噪声结论:
本文结论:
本文提出提出的转子位置检测方法的转子位置检测方法有效地抑制了滑膜有效地抑制了滑膜抖振,估计到的所有参数中均不含高频抖振,估计到的所有参数中均不含高频噪声。
噪声。
0033仿真对比研究b)电机电机恒转速运行,恒转速运行,负载突变负载突变。
实际转子角速度与估计转子角速度实际转子角速度与估计转子角速度实际转子位置角与估计转子位置角实际转子位置角与估计转子位置角负载转矩突变时的负载转矩突变时的STA-ASMO仿真波形图仿真波形图结论:
在结论:
在负载突变时,本文提出的观测器也负载突变时,本文提出的观测器也能准确地能准确地估计出电机估计出电机的转速和的转速和位置。
位置。
04PARTFOUR基于脉振高频方波信号注入法的低速段无传感器矢量控制0044传统脉振高频正弦电压信号注入法实际同步旋转坐标系与估实际同步旋转坐标系与估计同步计同步旋转坐标系旋转坐标系示意图示意图传统脉振高频信号注入法原理框图传统脉振高频信号注入法原理框图向向轴注入轴注入如下电压如下电压信信号:
号:
会会限限制制电电流流控控制制器器的的带带宽宽,降降低低双双闭闭环环矢矢量量控控制制系系统统的的动态响应性能。
动态响应性能。
对对位位置置跟跟踪踪观观测测器器造造成成时时间间延延迟迟,使使得得估估计计出出的的转转子位置存在子位置存在滞后现象。
滞后现象。
0044无滤波器信号分离策略信号信号分离过程分离过程框图框图幅值相等、符号相反幅值相等、符号相反基波分量基波分量高频分量高频分量保持不变保持不变改进后的信号处理过程框图改进后的信号处理过程框图0044仿真对比研究传统脉振高频正弦电传统脉振高频正弦电压注入法仿真结果压注入法仿真结果方波电压注入估计同步方波电压注入估计同步旋转坐标系的脉振高频旋转坐标系的脉振高频信号注入法仿真结果信号注入法仿真结果方波电压注入静止坐方波电压注入静止坐标系的脉振高频信号标系的脉振高频信号注入法仿真结果注入法仿真结果稳态时,估计出的转速较为平滑稳态时,估计出的转速较为平滑0044仿真对比研究传统脉振高频正弦电传统脉振高频正弦电压注入法仿真结果压注入法仿真结果方波电压注入估计同步方波电压注入估计同步旋转坐标系的脉振高频旋转坐标系的脉振高频信号注入法仿真结果信号注入法仿真结果方波电压注入静止坐方波电压注入静止坐标系的脉振高频信号标系的脉振高频信号注入法仿真结果注入法仿真结果估计到的转子估计到的转子位置存在明显位置存在明显滞后滞后结论:
所提出的基于无滤波器信号分离策略的方波信号注入法所结论:
所提出的基于无滤波器信号分离策略的方波信号注入法所估计出估计出的转子位置基本
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- 永磁 同步电机 位置 传感器 矢量 控制