基于虚拟坐标法的pmsm无传感驱动控制系统研究

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1、国内图书分类号：TM383学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开硕士学位论文基于虚拟坐标法的PMSM无传感驱动控制系统研究硕士研究生：暴杰导师：杨贵杰教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.2.1基于PMSM数学模型的估算方法此法主要是指基于反电动势或定子磁链的估算方法。两种方法都以永磁电机的数学模型为依据，只不过在模型的选择上稍有差别。反电势法提出的时间较早，也是最普通的一种方法。其主要思路是通过对测量得到的定子电压、

2、电流信号进行适当地计算得到电机的反电动势信息，进而估算电机的磁极位置信息。此法简单直接，计算量小，动态响应快，几乎没有延迟问题，实现起来也相对容易。但是此法过分依赖于电机的数学模型，位置估算精度与电机参数的准确性息息相关，对电机定子电阻和电感参数的变化比较敏感。在电机运行的过程中，定子电阻会随着电机温升、工况以及外围环境的变化而波动，电感也会因电机控制过程中，施加直、交轴电流导致的磁路饱和程度不同以及负载大小的突变而发生细微的变化，电机的参数是动态变化的且现在的测量手段也无法保证电机的参数实时准确。这势必极大影响位置估算的准确性。此法的最大缺陷在于

3、当电机处于零速或低速状态运行时，反电动势值极小，估算误差会很大[11]。定子磁链估算法的理论基础是旋转磁场理论，其主要思路是根据永磁电机在三相静止坐标系下的定子电压矢量方程，利用测量得到的电压、电流计算出PMSM的定子磁链空间矢量，间接估算出电机转子磁极位置，磁链是由反电动势积分求得。算法简单，计算量小，易于实现，鲁棒性较强。不足之处是此法也容易受电机参数变化的影响，这是基于数学模型的磁极位置估算方法的通病。而且，估算过程中含有积分运算，得到的磁链值会含有积分偏差，当电机转速较低时，磁极位置估算精度下降严重[12,13]。1.2.2模型参考自适应法

4、自适应控制策略提出的初衷是为了解决控制对象的数学模型随着时间或工作环境的改变而发生变化，导致系统稳态、动态性能变坏的问题，使得控制对象参数大范围波动时，系统能自动地工作于最优状态。自适应控制区别于一般的系统状态反馈或系统输出反馈控制策略，是一种比较复杂的反馈控制，更侧重于消减系统结构扰动对静、动态特性的影响。模型参考自适应控制是自适应控制的一大分支，典型的模型参考自适应系统由参考模型、可调系统和自适应律三部分组成。其实质是在原来反馈控制系统的基础上附加了一个参考模型和一个控制器参数的自动调节回路。参考模型是一个理想化的系统模型，按要求-3-哈尔滨工

5、业大学工学硕士学位论文的性能指标预先设计好作为一个样板。自适应律根据系统工作过程中参数的变化，以一定的性能指标，根据输出偏差的变化情况去调节可调系统，使测得的性能指标保持在参考性能指标的可接受邻域内。从这个意义上看，它其实是一种对系统性能指标的闭环最优控制[14,15]。在将模型参考自适应理论应用于永磁同步电动机无位置传感器控制时，常常将永磁同步电动机本身作为参考模型，将电流模型作为可调系统。电流模型中含有待估参数，即转子速度和位置信息，根据参考模型规定的性能指标和可调系统性能指标的偏差，采用合适的自适应律实时调节可调系统的待估参数，迫使可调系统模

6、型跟踪参考模型。采用该方法构成的控制系统结构相对简单，清晰明了，稳态性能良好，但是仍然没有完全摆脱对电机参数的依赖性。对电机转子磁极位置信息估算的准确程度决定于参考模型的选取，且算法的软件实现过程计算量相对较大，需要具有高速运算能力的嵌入式微处理器芯片做硬件支持。1.2.1状态观测器法在实际的控制系统中，并不是所有状态变量的值都是可观测的，所以不能直接使用状态变量的反馈。但是我们可以创造一个额外的状态空间数学模型，使其与被控对象的模型相一致，通过合适的控制方法，使得观测得出的状态收敛于系统的真实状态，这就是所谓的观测器。观测器从本质上看是一个闭环估

7、计校正器，基本原理是状态重构。目前，在永磁同步电动机无位置传感器控制中应用较多的观测器主要有以下几类：全阶自适应状态观测器、Luenberger观测器、滑模观测器和扩展卡尔曼滤波器等[16-25]。观测器法具有动态响应快，稳态性能好，相位滞后小、鲁棒性强的特点。其缺点是算法复杂，计算量比较大，需要高性能的嵌入式微处理器芯片做硬件支持；另外，在低速区域，观测器的效果并不理想，这是因为对大多数观测器而言，速度为零的点为其奇异点。这也正是大多数无传感控制方法面临的一个共性问题。这里值得一提的是扩展卡尔曼滤波器法，该法如今已成为永磁同步电动机无位置传感控制

8、研究领域的热点之一。虽然它同其它的观测器一样，都能跟踪监测系统的状态，但它的独特之处在于它是一个最优化预测、递归数据处理算