基于卡尔曼滤波的无刷直流电机无传感器控制

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1、硕士学位论文基于卡尔曼滤波的无刷直流电机无传感器控制StudyontheBLDCMSensorlessControlSystemBasedonKalmanFilter作者：张祥虎导师：邓先明教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TM351学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文基于卡尔曼滤波的无刷直流电机无传感器控制StudyontheBLDCMSensorlessControlSystemBasedonKalmanFilter作者姓名张祥虎导师邓先明申请学位工学硕士培养单位信息与电气工程学院学科专业电气工程研究方向电力电子与电力传动答辩委员会主席何

2、凤有评阅人盲评二○一五年五月论文审阅认定书研究生张祥虎在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文的工作是在我的导师邓先明教授的悉心指导下完成的。在研究生的三年学习和生活过程中，邓老师给予了我莫大的鼓励和支持。邓老师敬业爱生、风趣幽默、桃李芬芳，是学生的良师益友;他治学严谨、淡泊名利、朴实无华、大气恢弘，对待生活从容淡定、宁静致远，这些高尚的品格足以让我受用终生。在此论

3、文完成之际，向邓老师表示崇高的敬意和深深的祝福，愿邓老师身体健康、阖家幸福！在研究生求学期间，还得到了谭国俊教授、何凤有教授、张晓副教授、胡堃副教授、叶宗彬副教授等老师的指导和帮助，在此表示由衷的感谢！感谢在论文撰写、科研和找工作过程中给予我帮助的谢钊文、呼小亮。感谢研究生求学期间并肩学习的同窗边道海、王珍珍、郑菲菲，还有实验室的师弟师妹们，在与你们交流、讨论过程中，我得到了很大提高。感谢父母一直以来对我的关心和支持，我的点滴成长，无不伴随着你们辛劳的汗水，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿！感谢姐姐和弟弟对我的支持和鼓励，希望你们工作顺利、生活美满！感谢一直陪

4、伴我的女朋友，在我的学习和生活中给与我理解和支持，感谢你的不离不弃，希望你永远年轻、漂亮，永远快乐！本文的完成，也意味着学生生涯的结束，回想在矿大的七年求学光阴，往事历历在目。感谢学校为我提供了优越的学习环境，让我从一个无知少年变成一个有知识、有思想、有健全人格的有为青年。感谢在此求学过程中帮助过我的每一位老师和同学，感谢母校的培养，祝愿母校明天更美好！摘要无刷直流电机（BrushlessDirectCurrentMotor,BLDCM）是一种取消了直流电机的碳刷和滑环等换相装置，又具有普通直流电机相同调速性能的特种电机，具有效率高、寿命长、可靠性好、调速性能优良等优点。但是需

5、要安装位置传感器来提供换相信号，这又增加了电机结构复杂性和成本。因此，取消传感器装置并提高电机运行性能具有重要的意义，这也逐步成为当前对无刷直流电机的研究热点。本文研究了基于扩展卡尔曼滤波（ExtendedKalmanFilter,EKF）算法的无刷直流电机无位置传感器控制系统，能够实现电机在无传感器状态下运行。该方法动态性能好，对电机参数变化不敏感，可以较好的实现无刷直流电机的无传感器控制。但是，传统EKF方法在对非线性系统方程进行线性化处理时，只具有泰勒级数的一阶精度，因而在实际应用中，需要对卡尔曼滤波方法进一步改善。针对这一问题，本文对一种改进的卡尔曼滤波算法--无迹卡尔

6、曼滤波（UnscentedKalmanFilter,UKF）进行了深入研究，研究结果表明，UKF算法在无刷直流电机无传感器控制系统中的应用效果优于EKF。首先，给出了无刷直流电机的数学模型，并根据该数学模型建立了基于Matlab/Simulink的无刷直流电机转速、电流双闭环系统仿真模型。其次，对扩展卡尔曼滤波算法进行了详细的介绍，在推导出无刷直流电机的状态方程基础上，建立了基于EKF的无刷直流电机无传感器控制系统仿真模型，并对其进行了深入的仿真研究，仿真结果表明EKF用于无刷直流电机无传感器控制系统具有较好的观测效果。再次，针对传统EKF算法只有一阶精度的缺点，对一种改进的卡

7、尔曼滤波算法UKF进行了详细的介绍和分析，并将其应用于无刷直流电机中，设计了基于UKF的无刷直流电机无传感器控制系统。仿真和分析发现，UKF用于无刷直流电机无传感器控制系统，其观测效果优于EKF，能有效提高估算精度，但是计算量更大。最后，搭建了无刷直流电机无传感器控制系统的硬件平台，并编写了软件程序，对基于EKF的无刷直流电机无传感器控制系统进行了实验验证，实验结果证明了该算法的有效性。该论文有图45幅，表3个，参考文献85篇。关键词：无刷直流电机；扩展卡尔曼滤波；无迹卡尔曼滤波；无传感器控