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目前,在中小功率伺服驱动领域,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其结构简单、功率密度大、效率高、运行平稳等优点,已经成为主流之选。矢量控制作为实际工业应用中最广泛的永磁同步电机控制策略,它能够同时满足对速度和电流的精确控制,实现高精度、高动态性能、大范围的速度和位置控制。在高性能永磁同步电机控制系统中,需要随时获取精确的转子位置和速度信息,一般在转子轴上安装机械式传感器直接测量电机的转速和位置,以实现高性能的转速和位置闭环控制。高精度位置传感器的安装不仅降低了系统的可靠性和抗扰能力,同时还增加了控制系统的体积重量和成本。因此无位置传感器控制技术的研究成为目前的研究热点和关键技术。本文基于一台表贴式永磁同步电机,针对观测器技术在PMSM无位置传感器控制系统中的应用及实现进行了相关研究。本文首先从一阶状态观测器的设计出发,介绍了非光滑反馈控制相较于线性反馈控制对状态观测器稳态精度和动态性能的影响,设计了一阶线性状态观测器、滑模观测器以及改进型滑模观测器,通过实验进行对比分析。针对一阶观测器动态响应慢,滑模观测器的“抖振”问题,利用扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)理论对传统观测器进行改造,将电流变量和反电势变量作为状态量进行观测,形成二阶系统,提升了观测精度和动态响应速度。另外,本文针对基于正交锁相环速度信号提取法提出改进措施,利用状态微分器结构取代传统的PI结构,通过理论分析和实验验证了改进型的速度信号提取方法提升了观测精度,增强了观测器对系统噪声的抗干扰性能。其次,本文针对无传感器起动过程,分析了传统的V/F起动方法的缺点,采用I/F单电流闭环控制替代V/F控制实现永磁同步电机无传感器的起动,对起动电流阀值和加速曲线的设计进行了理论推导。最后本文对低速区至高速区的无传感器控制方法切换的动态过程进行了分析和研究,分别采用了基于虚拟坐标系加速和电机自平衡原理的两种方法实现了过渡过程的平滑切换,通过仿真和实验对比分析了两种方法的优缺点。