基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机直接转矩控制系统的研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要永磁交流伺服系统作为数控机床、机器人等的重要组成部分，随着加工制造、汽车等行业的发展，已成为国内外研究和应用的一个重要领域。在对永磁同步电动机(PMSM)的数学模型和控制理论进行全面、深入研究的基础上，本文在PMSM的参数估计、无位置传感器控制和直接转矩控制(DTC)方面做了大量的理论和实验研究。论文给出了PMSM直接转矩控制的实现方法，推导出在电流限制条件下，基速以上采用MTPF(最大转矩磁链)运行时的稳定条件。论文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的PMSId直接转矩控制方法，直接转矩控制系统的性能很大

2、程度上取决于定子磁链估计精度，而它们的精度既‘取决于合适磁链的估计模型，又决定于定子电流、电压的测量精度。扩展卡尔曼滤波器是建立在基于旋转坐标系下由定子电流、电压、转子转速和其它电机参量所构成的电机模型上，将定子电流、定子磁链、转速和转子角位置作为状态变量，定子电压为输入变量，定子电流为输出变量。通过对磁链和转速的闭环控制，降低电流、电压测量的随机误差，提高定子磁链的估计精度，于此同时还能估计出转子转速。该方法有效提高了定子磁通观测的准确性，并对电机参数变化和负载扰动具有较强的鲁棒性。由于卡尔曼滤波器不需要准确的初始值，所以解决了直接转

3、矩控制对转子初始位置的要求，该方法是一种本质上的无位置传感器控制方法，可以极大地提高控制系统的性能，仿真结果证明了该方法的有效性。最后针对仿真结果的偏差，提出了改进措施。在上述工作的基础上，设计出基于TMS320F240DSP微控制器的交流调速控制硬件平台。通过系统在所设计的硬件平台上的实时实验对所提出的控制策略的可行性和实用性进行分析和研究，证明其具有多种接口方式、宽调速范围和良好的动静态特性。关键词：扩展卡尔曼滤波器，永磁同步电机，参数估计，直接转矩控制，最大转矩／磁链江苏大学硕士学位论文ABSTRACTWithdevelopmen

4、tofthemanufacturing＆automobileindustry,asatlimportantpartofdigitalcontrolmachinetoolandrobotetc．，PMACservosystemhasbeentheimportantdomainofdomesticandforeignresearch／application．BasedonthecomprehensivelyfurtherresearchonPMSM’Smathematicmodelandcontroltheory,furthertheory

5、andsubstantiallyexperimentalresearcharediscussedonPMSMlSparametersestimation，sensor-lesscontrolanddirecttorquecontr01．Inthisthesis，amethodofPMSMdirecttorquecontrol(DTC)ispresented，andthesteadinessconditionwithMTPFoperationisdeduced(abovebasespeed，undrrcurrentlimitation)．

6、APMSMdirecttorquecontrolbasedonEKFispresentedinthisthesis．PerformanceofDTCsystemdependsgreatlyontheaccuracyoftheestimatedstatorfluxandrotorspeed，whichinturndependsonthepropermodelsandaccuracyofthemonitoredcurrentsandvoltages．EKFisbasedond-qaxismotormodelconsistsofstatorc

7、urrent，statorflaxlinkage，angularspeed&positionofrotorandothermotorparameters(statevector：statorcurrent，statorfluxlinkage，rotorangularspeed&position；input：statorvoltage；output：statorcurrent)．EKFisdesignedforstatorfluxandrotorspeedestimationinclose-loopcontr01．Itcarldecrea

8、setheerrorsofmonitoredcurrentsandvoltages，improvetheestimatedaccuracyofstatorfluxandrotorangularspeed＆p