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高速永磁同步电机全速域无位置传感器控制策略研究

高速永磁同步电机全速域无位置传感器控制策略研究

引用

作者：梅三冠江南大学

学位级别：硕士

随着各行各业对电机的输出功率和转速控制性能的需求不断攀升,以及永磁体材料迅猛发展,高速永磁同步电机(High-Speed Permanent Magnet Synchronous Machine,简称HSPMSM),在电动汽车驱动系统、船舶电力推进系统和航空航天动力系统等领... 详细信息

随着各行各业对电机的输出功率和转速控制性能的需求不断攀升,以及永磁体材料迅猛发展,高速永磁同步电机(High-Speed Permanent Magnet Synchronous Machine,简称HSPMSM),在电动汽车驱动系统、船舶电力推进系统和航空航天动力系统等领域得到了广泛的应用。近年来,模型预测控制(Model Predictive Control,简称MPC)作为一种新兴的电机控制技术,相较传统的空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)具有结构简单、易于实现、能够扩展和处理系统的非线性约束的优势,逐渐成为了目前研究的热点。现有的同步电机驱动技术中,无论是传统的SVPWM还是新兴的MPC,都必须获取电机实时的转速和转子位置角信息,通常采用位置传感器来获取电机位置信息。然而,位置传感器的成本、安装和维护等因素限制了其在高速电机驱动中的应用,因此利用估计的位置信息进行控制的无位置传感器方案是更为合适的选择。为实现HSPMSM全速度范围的无位置传感器运行,本文基于MPC技术完成了以下工作:1.本文介绍了永磁同步电机的数学模型,并基于此介绍了用于电机驱动系统的模型预测电流控制和模型预测转矩控制两种模型预测控制方法,通过搭建Simulink仿真和实验验证了其正确性和有效性。2.为实现HSPMSM模型预测控制系统的全速域无位置传感器运行,本文构建了滑模观测器(Sliding Mode Observer,简称SMO),通过SMO估计电机的扩展反电动势,进而利用正交锁相环(Phase Locked Loop,简称PLL)估计位置信息。同时本文还设计了一种参考转速发生器,以实现电机的启动和低速运行,并提出了一种用于全速域运行的算法切换策略。在此基础上,并采用模型预测电流控制作为电压矢量的调制方式,通过仿真和实验验证了所提方案的可行性和可靠性。3.考虑到HSPMSM高速运行时参数变化的问题,针对MPC的参数依赖性问题,本文研究了一种不使用任何电机参数的无模型预测控制方法,以替代基于电机精确模型的预测控制。同时,针对传统SMO位置估计方案的缺陷,设计了一种改进的SMO算法,将无模型预测控制与改进SMO结合,从而降低参数变化对无位置传感器控制性能的影响,并通过仿真和实验验证了所提方法的先进性和优越性。

关键词：高速永磁同步电机模型预测控制无位置传感器控制滑模观测器

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基于辅助线圈的六相永磁同步电机无位置传感器控制研究

基于辅助线圈的六相永磁同步电机无位置传感器控制研究

引用

作者：张友军青岛大学

学位级别：硕士

多相永磁同步电机具有低压大功率、转矩波动小、调速性能好、容错能力强等优点,被广泛应用在船舶推进、轨道交通、航空航天等领域。转子位置作为控制多相永磁同步电机必不可少的反馈量,通常采用光电编码器、旋转变压器等机械传感器来获... 详细信息

多相永磁同步电机具有低压大功率、转矩波动小、调速性能好、容错能力强等优点,被广泛应用在船舶推进、轨道交通、航空航天等领域。转子位置作为控制多相永磁同步电机必不可少的反馈量,通常采用光电编码器、旋转变压器等机械传感器来获得。然而,在一些特使情况下,如船舶无轴推进器、无轴承电机等环境中无法安装机械位置传感器,转子位置的获取只能通过无位置传感器控制技术。因此,多相永磁同步电机的无位置传感器控制技术成为研究热点。无位置传感器控制技术在成本、空间、重量、可靠性、集成度、功率密度、工况适应性等方面相比于机械式位置传感器具有较大优势,因此,低成本、高可靠性、不依赖传统位置传感器的转子位置检测技术成为国内外研究热点。为此,本文开展了基于辅助线圈的六相永磁同步电机转子位置估计方法的研究。首先,建立了六相永磁同步电机的数学模型,分析了辅助线圈的气隙磁密,推导了辅助线圈的感应电势。并根据电机数学模型搭建了相应的Matlab/Simulink仿真模型,进行了理论仿真验证。其次,介绍了基于传统锁相环的转子位置估计方法,并分析了其转子位置误差函数。针对传统锁相环滤波效果差的问题,设计了自适应滤波器对辅助线圈感应信号进行预处理,提高了信号的信噪比。并根据电机数学模型设计了基于改进锁相环的转子位置估计方法,解决了传统锁相环存在误差函数不收敛的问题。最后,搭建了相应的Matlab/Simulink仿真模型,进行了仿真验证。再次,分析了六相电机Si C逆变器通过临界长度的电缆驱动电机等阻感负载时的过电压以及过电压振荡产生机理。进一步分析了逆变器母线电压、逆变器与电机之间供电电缆长度对阻感负载过电压的影响。根据过电压产生机理,采用一种自适应准三电平PWM调制的方法来抑制过电压,将阻感负载端的过电压幅值从3倍的直流母线电压降低为1.2倍的直流母线电压,同时减小了负载电流中的高频噪声,进而减少了辅助线圈中的感应噪声信号。最后,为了验证转子位置估计方法的正确性,根据实验需求设计了六相永磁同步电机驱动系统并给出了部分主要电路的设计思路以及原理图。然后,根据逆变器控制及实验需求,通过Matlab/Simulink和CCS联合开发了软件控制程序。最后,基于搭建了实验平台,通过一台六相永磁同步电机对基于辅助线圈改进锁相环的转子位置检测方法开展相关实验。结果证明基于改进锁相环的转子位置估计方法相比于传统锁相环的转子位置估计方法具有更好的精度和稳定性。

关键词：无位置传感器控制辅助线圈六相电机电机驱动

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PMSLM全速域无位置传感器控制技术研究

PMSLM全速域无位置传感器控制技术研究

引用

作者：程震磊安徽理工大学

学位级别：硕士

永磁同步直线电机(Permanent Magnet Synchronous Linear Motor,PMSLM)因结构简单、定位精度高以及推力大等优点,且无需丝杆、皮带轮等传动机构便能实现直线运动而拥有巨大的发展空间。传统PMSLM闭环控制系统常用光栅尺、霍尔传感器等... 详细信息

永磁同步直线电机(Permanent Magnet Synchronous Linear Motor,PMSLM)因结构简单、定位精度高以及推力大等优点,且无需丝杆、皮带轮等传动机构便能实现直线运动而拥有巨大的发展空间。传统PMSLM闭环控制系统常用光栅尺、霍尔传感器等位置传感器获取动子位置信息,该方式不仅增加系统成本,获取的信号也易受外界环境的干扰,系统安全性与稳定性无法得到保证。因此,研究PMSLM无位置传感器估计算法具有一定的应用价值。首先,对电机控制技术以及无位置传感器控制技术进行系统性地阐述,介绍了PMSLM结构、分类及其工作原理,结合坐标变换理论在三种坐标系下对PMSLM数学模型进行推导,根据矢量控制与空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)理论,搭建基于矢量控制的双闭环系统仿真模型,验证了矢量控制方式的有效性,为后续研究无位置传感器控制技术奠定基础。然后,介绍滑模变结构原理,针对滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO)存在的固有抖振现象,采用超螺旋算法对SMO进行优化,同时改进滑模变结构中的切换函数且将其放入高阶导数中,用来削弱系统抖振。为降低磁链幅值干扰,利用锁相环模块估算磁极位置。搭建基于超螺旋滑模观测器(Super-Twisting Sliding Mode Observer,STSMO)的矢量控制系统仿真模型,经仿真验证,STSMO能有效削弱系统抖振,在中高速域估计效果较好。为弥补SMO在零低速时观测精度较低的天然缺陷,采用脉振高频电压注入法检测PMSLM在低速时的位置信息。根据高频电压注入法原理,推导出电机高频数学模型并搭建磁极位置观测器仿真模型,由仿真结果可得,脉振高频电压注入法在低速域观测精度较高。针对目前单一无位置传感器估计算法无法同时在零低速和中高速工况下拥有较高观测精度的问题,提出一种复合控制方法,在零低速域采用脉振高频电压注入法检测磁极位置,在中高速域利切换为STSMO算法,在速度过渡区间采用加权函数对两种估计算法的输出结果进行融合,实现PMSLM全速域无位置传感器控制。最后,搭建PMSLM控制实验平台,在不同工况下对系统进行实验,由实验结果得,该系统在全速范围内稳定性好且观测精度较高,可用于一般应用场合。图[87]表[5]参[92]

关键词：永磁同步直线电机无位置传感器控制超螺旋滑模观测器脉振高频电压注入法复合控制

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基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制策略研究

基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制策略研究

引用

作者：邱宝鑫太原科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着电力电子技术、自动控制理论的快速发展,永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的使用越来越广泛,在电动汽车、电器、新能源领域都得以运用。基于滑模观测器的PMSM无位置传感器调速系统,可以实现电机良好... 详细信息

近年来,随着电力电子技术、自动控制理论的快速发展,永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的使用越来越广泛,在电动汽车、电器、新能源领域都得以运用。基于滑模观测器的PMSM无位置传感器调速系统,可以实现电机良好的调速控制,得到了广泛应用,但是无位置传感器的PMSM滑模控制仍存在抖振和滑模观测器精度不足等问题,本文以PMSM矢量控制系统为研究对象,开展了新型非奇异终端滑模观测器、非线性扩展状态观测器、分数阶非奇异终端超扭转速滑模控制器的研究。首先,对PMSM的原理和结构进行研究,利用坐标变换,建立其在不同坐标系中的数学模型,设计了基于滑模观测器的PMSM无位置传感器矢量控制方案。其次,针对传统无位置传感器控制中滑模观测器对反电动势检测时存在的抖振问题,提出了一种新型非奇异终端滑模观测器设计方法,提高了反电动势的估计精度。为了进一步减小位置和转速估计时的抖振问题,提出了一种正切函数锁相环观测器,将其与新型非奇异终端滑模观测器相结合,提高了系统的收敛速度,降低了抖振,减小了系统估算时的误差。针对在传统转速滑模控制中存在的抖振问题,提出了分数阶非奇异终端超扭滑模控制方法,同时为了提高系统的抗扰动性能,采用非线性扩展状态观测器来估计系统扰动,并用于前馈补偿。设计了一种分数阶非奇异终端超扭滑模控制和非线性扩展状态观测器复合转速控制策略,基于改进的滑模观测器构建了PMSM双闭环调速系统,减小了抖振,增强了系统的鲁棒性。最后,在Matlab/Simulink环境中分别对分数阶非奇异终端超扭转速滑模控制器、非线性扩展状态观测器和改进滑模观测器进行模型搭建,完成了基于复合滑模控制的PMSM无位置传感器控制系统的仿真。仿真结果表明,与传统的控制方法相比,本文所设计的方法能够有效减小系统抖振,收敛速度较快,系统控制效果良好。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制正切函数锁相环观测器非奇异终端超扭滑模控制非线性扩展状态观测器

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永磁同步电动机无位置传感器控制系统研究

永磁同步电动机无位置传感器控制系统研究

引用

作者：毕亮亮哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的发展和对钕铁硼、铝镍钴等永磁材料的研究了解不断深入以及价格的下降,永磁同步电机以其能量转化效率高、体积小、能量密度大、静音效果好、调速性能好的优点。越来越被广泛的用于航空航天、船舶推进、电动汽车牵引... 详细信息

随着电力电子技术的发展和对钕铁硼、铝镍钴等永磁材料的研究了解不断深入以及价格的下降,永磁同步电机以其能量转化效率高、体积小、能量密度大、静音效果好、调速性能好的优点。越来越被广泛的用于航空航天、船舶推进、电动汽车牵引等生产生活、军事国防的各个领域之中。在使用永磁同步电机的各个领域中,大都对其调速和精确控制有着很高的要求。为了获得对电机更好的控制效果就需要对电机控制系统闭环,而实现闭环就需要对永磁同步电机运行时转子位置和转速进行获取,传统的方式是通过在电机中加装位置和转速传感器的方式实现,但传感器也会限制电机在某些运行场景之中的使用,为了解决这一问题,扩大永磁同步电机适用范围,本文对其无位置传感器控制方案进行了研究。首先,根据永磁体在转子上固定方法的不同,对永磁同步电机进行分类。对坐标变换理论和控制理论进行介绍以及对永磁同步电机无位置传感器控制系统控制策略进行分析介绍;其次,根据永磁同步电机结构建立其在ABC坐标轴系下的数学模型,并利用坐标变换原理得到其在d-q轴系下的模型,结合控制理论建立矢量控制系统模型,并利用Simulink建立控制系统仿真模型验证其控制效果;然后,分别根据永磁同步电机低速时和高速时的性能分别建立不同的无位置传感器控制方法,其中,在低速时选用高频方波注入法,在本文中采用傅里叶分解的方法将离散的方波信号转化为连续的正弦基波与各奇次谐波叠加的形式,利用滤波器获得基波对应的电流响应后利用连续信号处理方式进行处理降低了采样频率与计算量;中高速时采用模型参考自适应控制方法,并根据本文中di=0的控制策略对控制方法进行简化,并将两种控制方法有机相结合建立全速度范围的无位置传感器控制系统。建立控制方法的仿真模型验证控制系统的可行性,与理论预期相符。最后,设计并建立硬件实验平台,编写控制代码,对控制系统的可行性进行实际检验,有较好的控制效果。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制高频方波注入傅里叶变换模型参考自适应控制

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双电枢磁通切换电机的高频注入型无位置传感器控制

双电枢磁通切换电机的高频注入型无位置传感器控制

引用

作者：张正翔浙江大学

学位级别：硕士

随着工业技术的发展,高转矩密度、高可靠性的电机在航空航天、风力发电、电动汽车等领域逐渐受到重视。相较于常规的磁通切换电机,双电枢磁通切换电机充分地利用转子空间,在定子槽和转子槽上都分布有电枢绕组,从而显著提高了电机的转矩... 详细信息

随着工业技术的发展,高转矩密度、高可靠性的电机在航空航天、风力发电、电动汽车等领域逐渐受到重视。相较于常规的磁通切换电机,双电枢磁通切换电机充分地利用转子空间,在定子槽和转子槽上都分布有电枢绕组,从而显著提高了电机的转矩密度和容错性能。然而,目前对于双电枢磁通切换电机的控制鲜有研究。此外,在一些条件恶劣的工况下,位置传感器的可靠性不足。因此本文将对双电枢磁通切换电机的矢量控制以及零、低速工况下的无位置传感器控制展开研究,以进一步提升双电枢磁通切换电机在工业应用中的可靠性。首先,本文研究了双电枢磁通切换电机的坐标变换以及数学模型,并在此基础上设计了不考虑定转子绕组间互感的矢量控制方法。然后本文以定转子绕组间互感对于控制性能的影响为切入点,重点分析了互感对动态性能和稳态性能的负面影响,并提出了改进的矢量控制方法。进一步,本文展开了对基于高频注入的无位置传感器控制的研究。首先详细阐述了双电枢磁通切换电机基于高频注入的位置观测原理。从双电枢磁通切换电机的高频模型出发,以高频脉振电压注入为例,分别推导了向定子绕组注入电压时的电流响应和向转子绕组注入时的电流响应。进一步总结出与电压注入同侧的电流响应与电机的凸极性强度正相关,而不同侧的电流响应则与电机定转子绕组互感的大小正相关。为设计完整的无位置传感器控制策略,本文提出了两种位置观测方法,并分别对位置观测器、初始位置角检测以及滤波器设计等方面展开研究,最终给出了两种位置观测方法的无位置传感器控制系统框图。由于双电枢磁通切换电机凸极性较弱,采用与电压注入不同侧的电流响应来提取位置信息更具优势,表现为更迅速的动态性能和更小的稳态误差。最后,设计了双电枢磁通切换电机的控制系统,通过实验验证了本文的理论分析和控制策略。

关键词：双电枢磁通切换电机矢量控制无位置传感器控制定转子绕组互感位置观测方法设计

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永磁同步电机无位置传感器控制与参数辨识研究

永磁同步电机无位置传感器控制与参数辨识研究

引用

作者：吴良宇西华大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)由于高效率、高转矩密度被广泛应用于电动汽车、航空航天、伺服系统等领域。传统的PMSM矢量控制通常用机械式传感器获取转子信息(转子位置角和转速),但安装机械式传感器会增加成... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)由于高效率、高转矩密度被广泛应用于电动汽车、航空航天、伺服系统等领域。传统的PMSM矢量控制通常用机械式传感器获取转子信息(转子位置角和转速),但安装机械式传感器会增加成本、复杂工况时稳定性较差,并且不适宜在特殊环境中应用。因此,近年来无位置传感器技术取代机械式传感器成为国内外研究的热点。随着PMSM运行工况的变化,电机参数的变化将影响转子信息的精确估算,导致系统的控制性能变差,则研究无位置传感器控制下的参数辨识算法具有重要意义。本文在PMSM矢量控制系统中,对磁链观测器无位置传感器控制算法和参数辨识进行深入分析和研究。首先,通过对三种坐标系下的PMSM数学模型和几种常见的矢量控制策略分析,同时理论分析了传统磁链观测器和非线性磁链观测器控制原理,在此基础上,采用一种带磁链修正的改进型高阶滤波磁链观测器,以解决磁链观测器中由纯积分运算导致的直流偏置与积分饱和问题,提高了电机在宽速域运行时的转子磁链观测精度。在Matlab仿真平台上搭建了磁链观测器与无位置传感器矢量控制系统的仿真模型,结果表明:传统磁链观测器转子磁链观测误差为25.5%;非线性磁链观测器转子磁链观测误差为3.82%;改进型磁链观测器转子磁链观测误差为1.82%。其次,对基于锁相环的转子信息估计方案进行了分析。针对传统锁相环在工程应用上转子信息跟踪性能差的问题,设计了一种3型环路滤波器代替传统锁相环估计方案中的2型环路滤波器,通过增加系统环路,提高了锁相环转子信息估计方案的跟踪性能和抗干扰性。对三种工况仿真分析可知:改进后的PLL估计转速波动较小,在电机加减速运行时,估计转子位置角误差在0.05rad以内。然后,在磁链观测器无位置传感器控制基础上,对递推最小二乘法与模型参考自适应辨识算法进行理论分析,采用一种RLS-MRAS辨识算法,解决了定子电阻辨识精度差和辨识时间长等问题,提高了参数辨识精度和辨识快速性。仿真结果表明:定子电感辨识误差为0.44%,定子电阻辨识误差为0.61%,辨识时间在0.02s之内。最后,用STM32G431RBT6芯片搭建了PMSM实验平台,对改进无位置传感器控制策略和参数辨识算法进行了相关参数测试,实验结果表明:采用的控制策略能够有效提高PMSM无位置传感器系统的控制性能,具有较宽的运行范围,其最大转速误差不超过±15rpm,且能够有效地辨识出电机参数。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制磁链观测器锁相环参数辨识

来源：评论

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基于超螺旋滑模观测器的IPMSM无位置传感器控制

基于超螺旋滑模观测器的IPMSM无位置传感器控制

引用

作者：于东晖大连理工大学

学位级别：硕士

内置式永磁同步电机(IPMSM)因具有结构简单、功率密度高、易于扩展运行速域等优点,在国防、工农业生产等领域得到越来越广泛的应用。为降低系统成本、提高电机运行可靠性,IPMSM的无位置传感器控制已逐渐成为学术界与工业界关注的热点。... 详细信息

内置式永磁同步电机(IPMSM)因具有结构简单、功率密度高、易于扩展运行速域等优点,在国防、工农业生产等领域得到越来越广泛的应用。为降低系统成本、提高电机运行可靠性,IPMSM的无位置传感器控制已逐渐成为学术界与工业界关注的热点。本文提出了一种新型的IPMSM无位置传感器控制方案,它采用超螺旋滑模观测器(ST-SMO)观测电机位置,通过算法补偿了电机电压源逆变器(VSI)死区非线性对位置观测精度造成的影响。建立了IPMSM的数学模型,并设计了其有位置传感器工况下的电流、速度双闭环控制系统,其内外环均采用PI控制器。为充分利用电机凸极效应引起的磁阻转矩以提高电机的功率密度与效率,本文设计了最大转矩电流比(MTPA)控制方案,并通过MATLAB/Simulink仿真系统验证了所设计双闭环控制系统MTPA方案的有效性;相关工作为无位置传感器控制系统设计奠定了基础。设计了基于超螺旋滑模观测器的IPMSM无位置传感器控制系统,为降低逆变器死区非线性对观测精度的影响,本文在电机数学建模时充分考虑了逆变器的死区非线性特性,通过谐波注入算法有效降低了死区非线性所带来的5、7次谐波。通过仿真实验,将所设计方案与基于一阶滑模观测器的传统控制系统进行了对比分析。其中,系统转速抖振由21.33r/min降低至9.76r/min,观测位置偏移量从5.4°降低至1.8°;死区非线性补偿前后系统中电流总谐波畸变率从8.69%降低至4.07%,位置估计误差降低了50%。从中可见,所设计的ST-SMO算法可以有效减少系统抖振,抑制系统中的高频振荡,使观测速度更加平稳;同时加入谐波抑制算法可以减少系统观测误差,系统性能得到明显提高。搭建了永磁同步电机对拖实验平台,分别进行了永磁同步电机死区补偿方案与无位置传感器控制算法实验验证,结果表明:在施加死区补偿方案后,相电流波形正弦性提高,5次谐波占比由13.42%降低至4.73%,7次谐波占比由6.11%降低至0.92%,整体THD由16.10%降低至7.99%;同时,对比传统SMO与ST-SMO,新算法的转速、位置波形更加平滑,速度误差从±20r/min降低至±5r/min,位置抖振从12.7°降低至4.2°。综上,实验结果验证了本文所提出的基于ST-SMO的无位置传感器控制算法的有效性。

关键词：永磁同步电机 MTPA控制无位置传感器控制超螺旋滑模观测器死区非线性补偿

来源：评论

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全速度PMSM无位置传感器控制技术的研究

全速度PMSM无位置传感器控制技术的研究

引用

作者：葛振浩曲阜师范大学

学位级别：硕士

随着国家对新能源领域的不断重视与投入,新能源技术的发展也日新月异。永磁同步电机因为具备独特的优势加上不断的发展创新,在新能源汽车及航空航天等领域已经得到了广泛的应用。在一些受到环境限制的应用条件下,采用位置传感器的控制... 详细信息

随着国家对新能源领域的不断重视与投入,新能源技术的发展也日新月异。永磁同步电机因为具备独特的优势加上不断的发展创新,在新能源汽车及航空航天等领域已经得到了广泛的应用。在一些受到环境限制的应用条件下,采用位置传感器的控制方法经常并不方便且成本较高,因此往往选择使用无位置传感器控制技术,能够有效减低成本及系统体积,同时能够不受外界环境的影响。无位置控制技术已经成为当前领域所研究的重点,受到国内外学者重视。本文以实现全速度下的无位置传感器控制为目标,综合运用了矢量控制策略、高频脉振信号注入法及基于滑模观测器的方法,主要工作归纳如下:首先,以表贴式永磁同步电机为对象,采用了矢量控制中di（28）0的方法进行控制,分析并建立相应数学模型,再对空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）进行介绍与实现,并在Matlab/Simulink上,进行模型的搭建和仿真的分析。其次处于零低速下时,先介绍了SPMSM的凸极性形成原理,从而根据凸极性选择了高频脉振信号注入法来实现零低速下的控制。对传统高频脉振电压法进行分析,为了提升其控制精度与性能,决定采用自适应滤波器来实现包含电机位置信息的幅值信号的提取和进行转子极性判别,其能够有效减小误差和提高估计精度。接着在Matlab/Simulink上,对传统算法和改进算法进行仿真,通过仿真对比来证明其改进方案的有效性。然后对于中高速下,选择滑模观测器法来进行控制。介绍了传统滑模观测器法的基本原理并进行分析,针对传统滑模观测器法存在的抖振与相位延迟问题,本文采用了改进滑模观测器的方案来对其改进,能够有效提升控制方案的估计精度。同时在速度环上也采用了滑模控制器,形成了双滑模控制,进一步提升控制效果。在Matlab/Simulink上,对传统算法和本文的改进算法进行相应的仿真,通过仿真对比来证明其改进方案的有效性。为了能够实现全速度下的控制,选择采用加权平均算法来将零低速与中高速的算法相结合,然后同样通过仿真来验证其方案的有效性。最后搭建相应的硬件实验平台,以DSP28335为主控芯片,并介绍了相应的硬件电路与软件运行方案。通过实验进一步证明了本文所提方案的有效性与实用性。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制脉振信号注入法改进滑模观测器加权平均算法

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基于参数辨识的水下推进器无位置传感器控制研究

基于参数辨识的水下推进器无位置传感器控制研究

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作者：鲁子辰江苏科技大学

学位级别：硕士

随着全球海洋资源开发力度的加大,高性能海洋航行器的需求越来越强,对推进器的要求越来越高。推进器是海洋航行器的核心动力部件,因空间限制难以安装位置传感器,故多采用无位置传感器控制方式。实际工况下推进器电机模型参数易受各种非... 详细信息

随着全球海洋资源开发力度的加大,高性能海洋航行器的需求越来越强,对推进器的要求越来越高。推进器是海洋航行器的核心动力部件,因空间限制难以安装位置传感器,故多采用无位置传感器控制方式。实际工况下推进器电机模型参数易受各种非理想因素影响发生变化,导致无位置传感器控制算法的控制性能受到影响。本文针对自主研发的水下作业机器人的水下作业要求,设计了水下作业机器人电力推进系统,根据设计要求研制了一款大功率、高集成度的水下推进器,在此基础上开展了水下推进器无位置传感器控制新算法的研究,并将其应用于水下作业机器人电力推进系统中。论文的主要研究内容如下:基于水下作业机器人的总体方案,开展了水下作业机器人电力推进系统设计方面的研究工作。设计并研制了电力推进系统,对其中的电源舱、控制舱进行控制系统设计,对水下推进器进行结构与电机驱动设计,应用有限元软件仿真分析了磁耦合器转矩特性与螺旋桨水动力特性,设计了推进器电机控制器的硬件电路与控制策略,为水下推进器无位置传感器控制算法性能验证提供了实验基础。开展了带参数辨识的永磁同步电机无位置传感器控制方面的研究工作。建立水下推进器永磁同步电机的数学模型,并在此基础上构建无位置传感器控制算法模型。针对电机参数导致无位置传感器控制性能下降的问题,提出一种基于改进学生心理优化算法的永磁同步电机参数辨识策略。基于标准学生心理优化算法模型分析该算法的不足,引入Tent映射策略与t分布变异策略对算法进行改进,并将改进算法应用于电机参数辨识。通过仿真和实验验证了提出的改进参数辨识策略的有效性。开展了永磁同步电机转子位置及速度辨识方面的研究工作。针对传统锁相环辨识转子位置及速度存在的问题,提出一种自适应锁相环。引入基于随机梯度下降算法的锁相环PI参数自适应环节,根据实际工况动态调节环路滤波器PI参数以改善锁相环的动态性能;引入相位补偿环节,通过重构误差信号补偿由环路延迟引起的相位估计误差。通过仿真和实验验证了提出的自适应锁相环的有效性。基于所研究的改进无位置传感器控制方案,对水下作业机器人电力推进系统开展了相关实验工作。完成系统各个模块的测试实验,并组装整套系统进行联合调试实验,分别通过陆上实验与水下实验验证系统的功能性。实验结果表明本文设计的电力推进系统能够达到技术要求,水下推进器具有优异的控制性能。

关键词：水下推进器无位置传感器控制参数辨识学生心理优化算法自适应锁相环

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