无位置传感器的永磁同步电机控制的研究

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永磁同步电机(PMSM)的特点是体积小,调速性能好,运转效率高,广泛应用与军事、工业、民用等不同领域。控制PMSM为了达到较好的性能要求,采用闭环控制方法已经很普遍。传统方法是运用机械传感器来对电机中的转子位置与转速进行检测,然而机械传感器给控制系统带来了不便,如增加电机的尺寸、体积以及在恶劣的环境下会导致检测位置和转速不准确。因此我们需要一种受外界影响小、方便维护的的控制系统。本文采用了无位置传感器控制法,即运用滑模变结构算法来检测转子的位置与转速,实现对电机的调速控制。本文基于PMSM的磁场定向控制原理和滑模变结构控制基础,采用传统的SMO对控制PMSM进行研究,传统的SMO主要存在两个问题,分别是存在转子位置估算抖振大和相位滞后。因此,针对以上问题我们进行了对SMO改进,消除抖振的方法是改进SMO中的符号函数,普通SMO的开关函数主要是符号函数,本文运用边界层可变的连续函数(Sigmoid函数)代替符号函数,从而减小滑模抖振;减小相位滞后的方法是采用一种转折频率随转速实时调整的自适应数字低通滤波器,这样可以在不同转速时有效保持角度滞后值不变,通过以上方法改进,滑模观测器在高速时检测转子位置与转速具有良好的动态观测性能。为了验证改进SMO的性能是否能够使抖振减小和使转速角度滞后值保持不变,我们采用Matlab/Simulink软件进行仿真[2]。仿真分析表明:基于FOC控制原理,在具有外部扰动情况下,PMSM调速系统的可靠性较高,同时本文也分别对普通SMO与改进SMO进行仿真,得出电机实际转子位置和转速、估算电机转子位置和转速以及转速误差值仿真图。根据示波器仿真图得出,改进的SMO控制系统有效减小抖振和角度滞后。最后说明改进的SMO在转矩恒定、转速改变与转速恒定、转矩变化不同情况下,准确估算转子位置实际转速与估算转速误差几乎为零[3]
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