PMSM直接轉(zhuǎn)矩控制方法及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)具有體積小、功率密度大和效率高等優(yōu)點(diǎn),隨著電力電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展,永磁同步電機(jī)得到了廣泛地應(yīng)用。PMSM直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)動(dòng)態(tài)性能好,系統(tǒng)魯棒性強(qiáng),已成為學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)。本文在PMSM傳統(tǒng)DTC理論基礎(chǔ)上,深入研究PMSM DTC速度環(huán)控制方法、定子磁鏈估計(jì)以及無傳感器運(yùn)行轉(zhuǎn)速估計(jì)方法,并進(jìn)行相應(yīng)地仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　 本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn):
　　 1.設(shè)計(jì)了基于自抗擾

2、控制(ADRC)PMSM DTC速度調(diào)節(jié)器。ADRC采用非線性控制方法,由跟蹤-微分器(TD)、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)、非線性狀態(tài)誤差反饋(NLSEF)和擾動(dòng)補(bǔ)償四部分組成,具有實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)所受擾動(dòng)并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪芰?。為了抑制?fù)載及摩擦力矩變化等外部擾動(dòng),以及電機(jī)參數(shù)變化等內(nèi)部擾動(dòng)對(duì)PMSM伺服系統(tǒng)產(chǎn)生的影響,將以上參數(shù)的變化視為系統(tǒng)所受擾動(dòng),利用 TD對(duì)給定轉(zhuǎn)速信號(hào)提取合適的過渡過程；根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)利用ESO實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)及系統(tǒng)所

3、受擾動(dòng)量；利用 NLSEF得到電磁轉(zhuǎn)矩初始控制量,在此基礎(chǔ)上,將擾動(dòng)估計(jì)值進(jìn)行實(shí)時(shí)前饋補(bǔ)償,得到電磁轉(zhuǎn)矩最終控制量,提高系統(tǒng)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制能力。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,從低速到高速運(yùn)行范圍內(nèi),該方案均有效地削弱了系統(tǒng)運(yùn)行中所受擾動(dòng)影響,抗干擾能力得到了較大程度地提高。
　　 2.設(shè)計(jì)了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)PMSM定子磁鏈和轉(zhuǎn)速估計(jì)方法。傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)一般采用電壓積分法計(jì)算定子磁鏈,由于積分器存在誤差累積和積分飽和等問題,

4、定子磁鏈估計(jì)常常不準(zhǔn)確;此外,機(jī)械速度傳感器的使用帶來電機(jī)體積增大、維護(hù)不便等問題。本文設(shè)計(jì)的磁鏈和轉(zhuǎn)速估計(jì)觀測(cè)器建立在兩相靜止坐標(biāo)系下,將PMSM電壓和電流作為EKF觀測(cè)器的輸入信號(hào),以定子磁鏈、轉(zhuǎn)速作為EKF觀測(cè)器狀態(tài)變量,能夠同時(shí)進(jìn)行磁鏈和轉(zhuǎn)速估計(jì)。算法采用估計(jì)誤差均方差最小原則,因而避免了傳統(tǒng)方法的缺陷。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法有效地降低了磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),提高了PMSM DTC系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能,轉(zhuǎn)速估計(jì)準(zhǔn)確,實(shí)現(xiàn)了無傳感器運(yùn)行

5、,同時(shí)保持了DTC固有的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。
　　 3.研究了基于EKF永磁同步電機(jī)SVM直接轉(zhuǎn)矩控制。傳統(tǒng)DTC采用滯環(huán)比較器和開關(guān)電壓矢量選擇表,是產(chǎn)生磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要原因之一,同時(shí)導(dǎo)致逆變器開關(guān)頻率不恒定。本文第五章分析電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)(SVM)兩種實(shí)現(xiàn)方法,指出兩種實(shí)現(xiàn)方法的區(qū)別,分析表明基于SVM第二種實(shí)現(xiàn)方法逆變器開關(guān)損耗更小。將EKF磁鏈和轉(zhuǎn)速觀測(cè)器與SVM DTC有效結(jié)合,取代傳統(tǒng)DTC滯環(huán)比較器和開關(guān)電壓