【摘 要】
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永磁同步电机其具有的优良性能使其相比于普通电机有着更高的效率,随着近几年来永磁材料技术的快速发展与永磁材料的价格大幅降低,使用永磁体材料可以较大的延长电机的使用寿命,综上原因永磁同步电机正越来越被广泛使用,目前永磁电机很多是采用有位置传感器控制策略,这显著增加了运行的成本,而且在复杂的环境下,位置传感器易于损坏从而导致电机控制策略失效,而无位置传感器控制方式由于其不需要增加额外成本,简化电机整体构
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永磁同步电机其具有的优良性能使其相比于普通电机有着更高的效率,随着近几年来永磁材料技术的快速发展与永磁材料的价格大幅降低,使用永磁体材料可以较大的延长电机的使用寿命,综上原因永磁同步电机正越来越被广泛使用,目前永磁电机很多是采用有位置传感器控制策略,这显著增加了运行的成本,而且在复杂的环境下,位置传感器易于损坏从而导致电机控制策略失效,而无位置传感器控制方式由于其不需要增加额外成本,简化电机整体构造,也是成为近年来对永磁同步电机研究的主要热点。本文采用超球体平方根无迹卡尔曼滤波(Spherical Square root Unscented Kalman Filter,SSUKF)算法实现对无位置传感器的三相永磁同步电机位置估测,建立起三相永磁同步电机数学模型,首先根据超球体采样的原理设计出超球体采样方式,其次利用离散情况下的数学模型与超球体采样方式进行设计在UKF框架下的位置观测器,通过考虑平方根理论对保证估算数值稳定性有积极的影响,设计出对状态更新值与观测值进行平方根分解,最后通过理论分析和不断的测试观测器的在不同情况下状态噪声与观测噪声仿真结果,确定其状态噪声与观测噪声值。仿真验证SSUKF位置观测器相比与滑模、自适应以及高频注入法等设计的观测器其性能更好,尤其在低速情况下,信噪比很低导致采集的信号干扰噪声波增加,这些干扰噪声会影响其他位置估测算法使其解析出转子位置会产生较大的误差,轻则造成电机抖动,发热严重,严重会导致估算彻底失败,而SSUKF相比与扩展卡尔曼算法更好的适用于非线性控制系统,可以较好的滤除噪声波提取有用的信号估算出准确的转子位置。此外SSUKF相比UKF控制策略,使用超球体采样方式明显减少了计算量,有利于实际应用,平方根递推运算提高算法计算效率与数据稳定性,并且考虑到对采样点可能出现的非局部效应问题设计比例修正函数。在输入级环节,考虑到阶跃信号与斜坡信号存在的缺点从而提出的一种新的前级输入策略─双馈式前级信号处理,具体分析了输入函数对系统动态特性的影响,设计出指数控制方式,提高永磁同步电机的启动特性,同时速度环节采用控制性能更好的分数阶PI控制器来实现对电机运行系统的鲁棒特性的增强,最后通过MATLAB仿真和实物进行验证。图[58]表[7]参[65]
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