基于改进型滑模观测器的PMSM无位置传感器自抗扰控制

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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)凭借体积小、重量轻、转矩输出特性优良等优点,在新能源汽车等工业领域中广泛应用。由于在传统的双闭环采用传统PI控制系统中,存在着响应速度与超调的矛盾问题,同时还需要位置或速度传感器嵌入到电机中,会造成控制困难和造价成本等问题。本文正是为了解决这些问题开展了对PMSM无传感器控制策略进行了研究。本文首先介绍了PMSM的类型,推导了三种常用坐标系之间的转换及PMSM在三种不同坐标系下的数学模型,选用隐级式PMSM作为研究对象,分析了PMSM矢量控制技术及空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)技术的基本原理,计算出双闭环采用传统PI的参数。其次,为了解决采用传统PI作为双闭环的控制系统无法达到控制要求,引入滑模变结构控制设计出电流滑模观测器,电流滑模观测器输出的反电势通过反正切函数获得转子位置与转速的估计值,实现无传感器控制。为解决使用传统滑模观测器中存在的抖振、相位延迟等问题,将电流滑模观测器开关函数采用Sigmoid函数,利用自适应参数辨识对电机的电阻、电感两个参数进行在线辨识,将这些辨识的参数引入到电流滑模观测器中设计出自适应电流滑模观测器,然后再利用锁相环对转子位置及转速进行估计。改进型滑模观测器抑制了抖振与相位延迟问题,但是在电机带载方面及抗扰动方面还是有一定的缺陷。针对电机带载及抗扰动方面的缺陷,引入自抗扰控制,设计出基于自抗扰的速度环控制器,但是其参数整定非常复杂,引入模糊控制,设计出一种模糊自抗扰速度环控制器,减小了参数整定的复杂度。最后,利用MTLAB/Simulink和RT-LAB仿真平台对控制系统进行仿真和实验验证。结果表明,实验结果与理论设计基本一致,设计出的无传感器控制系统,抑制住了抖振、消除了相位延迟等问题,具有良好的抗扰动能力与带载能力。
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