永磁同步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)及控制策略研究.pdf

1、交流永磁同步電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、體積小、損耗低、效率高等特點(diǎn),在數(shù)控機(jī)床、電動(dòng)汽車、機(jī)器人等方面獲得了廣泛應(yīng)用。論文在對(duì)交流永磁同步電機(jī)的原理、數(shù)學(xué)模型和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,對(duì)永磁同步電機(jī)的參數(shù)測(cè)試、辨識(shí)進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究,同時(shí)對(duì)永磁同步電機(jī)基于自抗擾和灰色理論的控制策略也進(jìn)行了深入研究。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了新的參數(shù)測(cè)試、辨識(shí)方法和自抗擾控制的有效性。
　　 論文對(duì)永磁同步電機(jī)的幾

2、個(gè)主要參數(shù)的測(cè)試方法進(jìn)行了介紹。針對(duì)采用電壓積分法測(cè)量交、直軸電感Lq,Ld中必須使用磁通計(jì)這一專用設(shè)備的要求,考慮到目前實(shí)驗(yàn)室和工作現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,提出了一種替代解決方案,即:利用通用的電壓采集裝置(如:示波器)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后采用數(shù)值積分法對(duì)采集到的離散電壓信號(hào)進(jìn)行積分,得到永磁電機(jī)的磁鏈參數(shù),進(jìn)而計(jì)算出永磁電機(jī)的電感參數(shù)。該方法具有簡便、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　 針對(duì)永磁同步電機(jī)的繞組電阻Rs

3、和交、直軸電感Lq,Ld會(huì)隨溫度發(fā)生較大變化的問題,通過數(shù)學(xué)方法和仿真研究了這些參數(shù)隨溫度變化的辨識(shí)問題。論文在MATLAB中構(gòu)造了一種參數(shù)能在線變化的永磁同步電機(jī)仿真模型,采用擴(kuò)展卡爾曼(EKM)濾波和Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),遞推最小二乘方法進(jìn)行了辨識(shí)。這兩種辨識(shí)方法雖然也能達(dá)到較高的辨識(shí)精度,但由于存在計(jì)算中數(shù)據(jù)量大,難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)辨識(shí)的缺點(diǎn),提出了一種加窗最小二乘方法。該方法可根據(jù)實(shí)際要求確定所需的數(shù)據(jù)長度,計(jì)算量小,既保證了辨識(shí)精度又

4、提高了實(shí)時(shí)性,還解決了遞推最小二乘方法存在的數(shù)據(jù)飽和問題。這三種辨識(shí)方法的仿真結(jié)果比較表明:加窗最小二乘法具有最優(yōu)的辨識(shí)效果。
　　 為進(jìn)一步提高永磁同步電機(jī)工作的穩(wěn)定性和控制性能,論文首先采用自抗擾控制技術(shù)對(duì)電源、轉(zhuǎn)矩等擾動(dòng)了有效抑制,仿真結(jié)果表明自抗擾的控制性能優(yōu)于PID控制；論文在自抗擾控制的基礎(chǔ)上,將最優(yōu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與自抗擾技術(shù)結(jié)合,提出了永磁同步電機(jī)自尋最優(yōu)自抗擾控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自抗擾控制算法。永磁同步電機(jī)自尋最

5、優(yōu)自抗擾控制除了具有比自抗擾更高的控制性能以外,還具有控制能量最少的特點(diǎn)。為消除永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的外部負(fù)載等擾動(dòng)項(xiàng)的變化對(duì)調(diào)速性能的影響,論文將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)嵌入到自抗擾控制器中,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能任意逼近非線性函數(shù)的能力去補(bǔ)償對(duì)象的一部分變化,這樣既可近似地使原系統(tǒng)參數(shù)變化范圍變小,還能提高自抗擾控制的狀態(tài)估計(jì)能力,從而減輕ESO的負(fù)擔(dān),有利于提高控制器的運(yùn)算和響應(yīng)速度。研究結(jié)果表明這兩種方法可以提供比自抗擾更優(yōu)的控制效果。<

6、br>　　 為實(shí)現(xiàn)永磁同步伺服系統(tǒng)的參數(shù)在線辨識(shí)與控制,通過自行搭建的永磁同步電機(jī)模型,模擬溫度從20℃-80℃時(shí)繞組電阻Rd和交、直軸電感Lq,Ld的變化情況,采用加窗最小二乘法實(shí)時(shí)辨識(shí)參數(shù),轉(zhuǎn)速環(huán)采用自抗擾控制。仿真結(jié)果顯示:采用參數(shù)在線辨識(shí)的自抗擾控制系統(tǒng)性能比單純采用PID的系統(tǒng)性能更優(yōu)。
　　 為了利用“少數(shù)據(jù)”來實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的控制,論文首次將灰色補(bǔ)償PID和灰色預(yù)測(cè)PID控制算法同時(shí)應(yīng)用到永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)中

7、,仿真結(jié)果表明:與PID控制相比,該控制策略對(duì)各種干擾具有更好的魯棒性和適應(yīng)性。
　　 自行研發(fā)了一套交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了基于三閉環(huán)的SVPWM控制。伺服系統(tǒng)的空載和負(fù)載試驗(yàn)表明,與經(jīng)典PID控制相比,自抗擾控制具有響應(yīng)快、無超調(diào)、抗擾動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
　　 此外,針對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)中存在現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)變化問題,專門開發(fā)了一種可對(duì)IGBT開通和關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)、具有驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)功能的新型驅(qū)動(dòng)電路,取得了良好的應(yīng)用