永磁同步电机参数辨识及控制系统的研究与设计

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永磁同步电机在结构和效率上的优点使其在机器人、自动化生产等领域扮演着关键角色。在永磁同步电机的矢量控制中,电机的参数可以用于整定控制器的参数以实现最优的控制效果。然而电机工作中温度、磁饱和程度以及工况的改变,经常会导致电机电气参数(_sR、_sL、?_f)和转动惯量J的变化。这些参数的改变会对以电机精确模型为基础的控制功能造成一定的影响。因此,本文以永磁同步电机为研究对象,展开了对其电气参数和转动惯量辨识的研究,再以参数辨识为基础,进一步研究控制器参数的自调整,在计算机仿真平台上对系统各部分的性能进行验证。首先分析矢量控制的基本原理,利用经典控制理论调整电流环和速度环控制器参数,优化Simulink中的电机模型,使其参数能动态变化,搭建仿真模型。其次,研究基于固定轨迹法的转动惯量的离线辨识,定性分析基于Landau算法和FFRLS算法的转动惯量在线辨识,提出一种自动调整增益因子的Landau算法,通过仿真实验,对这三种算法的性能进行分析和比较。再次,研究电气参数的离线辨识,推导基于Lyapunov稳定性和Popov超稳定性的自适应率设计过程,分析电机稳态电压方程的欠秩问题,考虑基于传统MRAS“两步法”运算压力较大的问题,对其进行优化,实现电气参数的在线辨识。分析逆变器死区效应并进行补偿,比较死区补偿前后参数的辨识效果。最后,将双闭环控制器的参数与电机的电气参数和转动惯量的在线辨识相结合,实现控制器参数的自调整。设计负载扰动降维观测器和相应的扰动补偿算法,弥补传统PI抗扰动能力差的缺陷,实现速度环的抗扰动自适应控制。设计仿真实验,比较PI调节器优化前后的性能。
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