基于dsp的pmsm滑膜观测器的设计与实现

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文基于DSP的PMSM滑膜观测器的设计与实现研究生：高政指导教师：包健教授2015年03月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterThedesignandrealizationofPMSMslidingmodeobserverbasedonDSPCandidate:GaoZhengSupervisor:Prof.BaoJianMarch,2015摘要交流伺服系统中大都使用永磁同步电机PMSM(PermanentMagnetSynchronousMotor)

2、作为驱动装置，伺服系统闭环控制需要PMSM转子位置和速度信息，如果使用PMSM速度传感器获取所需信息，不但增加了机体体积和成本，也降低了系统可靠性。为了解决PMSM速度传感器带来的一系列问题，伺服控制系统的无速度传感器技术成为学者研究重点。本文从PMSM的数学模型出发，根据坐标变换思想，构建PMSM矢量控制系统，在此基础上对电压、电流信号进行分析，推导出电机反电势中含有转子信息的结论。由滑膜变结构的数学模型可知，滑膜控制具有稳定性和非线性特点，但系统在滑动平面运行时具有抖振现象，为削弱抖振和改善到达条件，滑膜控制函数选择指数趋近律。将控制函数为指数趋近律的滑膜控制应用于PM

3、SM伺服控制系统中，建立以电流误差平面为滑膜面的PMSM滑膜观测器，实现PMSM转子信息提取。为解决电机启动时滑膜观测器转子位置估算不准确问题，采用变频启动和PMSM滑膜观测器相结合的方式。启动时PMSM滑膜观测器通过对转子转速统计规律的分析来判断是否将观测器引入闭环控制，保证系统平滑可靠运行。针对滑膜观测器估算转子位置时存在的抖振问题，使用PLL技术实时跟踪，MATLAB仿真实验表明PLL技术可有效抑制抖振现象。搭建以运动控制专用芯片DSP为控制核心、以智能功率模块(IPM)作为驱动单元的硬件实验平台，将具有模式选择的矢量控制算法在此实验平台运行：转子位置传感器提供转子信

4、息模式和PMSM滑膜观测器提供转子信息模式，并对比分析两种模式下的实验结果。实验结果表明，PMSM滑膜观测器可很好的观测PMSM转子信息，PLL技术能够有效抑制观测转子信息时产生的抖振现象，整个观测器具有很好的跟踪性和稳定性，可在工程上广泛推广。关键字：PMSM，无速度传感器，滑膜观测器，PLL，DSPIABSTRACTMostservosystemselectPermanentMagnetSynchronousMotor(PMSM)asitsdriver.PMSMrotorpositionandspeedareneededinclose-loopcontrolinserv

5、osystem.Theenginebodywilloccupymorespaceandcosthighifrotorinformationisgotthroughspeedsensor,theservosystem’sstabilityalsobecomeweaker.Inordertosolvetheproblemscausedbyspeedsensor,speedsensorlesscontrolinservosystemhasbecomearesearchfocus.FOC(FieldOrienedControl)systemisbuiltwiththereferen

6、ceofPMSMmathematicalmodelandcoordinatetransformation.WiththeanalysisofPMSMvoltageandcurrent,rotorinformationcanbederivedfrombackelectromotiveforce.Frommathematicalmodelofslidingmode,ithasthecharacteristicofnon-linearityandstabilityanditwillproducechatteringwhenrunintheflat.Reachinglawwithe

7、xponentisadoptedbycontrolfunctiontosuppresschatteringandimprovereachingcondition.SlidingmodecontrolwithexponentreachinglawisintroducedtoPMSMservosystem,andPMSMslidingmodeobserverbasedoncurrenterrorflatisbuilttoextractrotorinformation.U/Fcontrolisintroducedtoco