無速度傳感器的永磁同步電動機滑�？刂�
李淵1,2，何鳳有1，余躍1
(1中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州221008；2江蘇大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212013)
摘要：采用反演控制理論構(gòu)造了永磁同步電動機的速度觀測器，并運用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論設(shè)計了系統(tǒng)控制策略。該方法利用，反演控制穩(wěn)定性強，動、靜態(tài)性能優(yōu)良的特點，設(shè)計的觀測器結(jié)構(gòu)簡單、精度高、穩(wěn)定性好。使用滑�？刂评碚摏]計系統(tǒng)總體控制方法，可以有效抑制負載和參數(shù)變化帶來的擾動，從而提高了系統(tǒng)的魯棒性。文章對所提出的控制策略進行了理論分析，并且通過Matlab進行仿真實驗一仿真結(jié)果表明，該控制方法有效地實現(xiàn)了電機的轉(zhuǎn)速跟蹤，具有良好的動、靜態(tài)特性和魯棒性。
關(guān)鍵詞：水磁同步電動機；無速度傳感器；滑�？刂疲环囱菘刂�
中圖分類號：TM34l 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018f2加9)12—0045—03
O引 言
永磁同步電動機(以下簡稱PMsM)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、調(diào)速性能優(yōu)良和魯棒性強等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種高精度調(diào)速控制系統(tǒng)中。然而，由于PMsM調(diào)速系統(tǒng)本身的非線性以及電機參數(shù)不準確等因素，使得對其實現(xiàn)高精度控制成為一個復(fù)雜的問題。
無速度傳感器控制是現(xiàn)代交流調(diào)速的一個重要發(fā)展方向。目前已有學(xué)者將擴展卡爾曼濾波、模型參考自適應(yīng)、高頻注入和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制方法應(yīng)用于PMsM的控制中，并且取得了較好的效果[1]。
本文采用反演控制方法設(shè)計和研制了PMsM的轉(zhuǎn)速觀測器。由于反演控制具有穩(wěn)定性強，動、靜態(tài)特性優(yōu)良的特點，因此基于該方法設(shè)計的轉(zhuǎn)速觀測器具有精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)反應(yīng)迅速等優(yōu)點。此外，為了提高系統(tǒng)抑制電機參數(shù)變化和負載變化帶來的影響，系統(tǒng)的總體控制策略采用滑模變結(jié)構(gòu)控制，從而有效地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。文中詳細分析了所提出的控制策略，并通過仿真驗證了控制方法的有效性。
1 PMsM數(shù)學(xué)模型
本文采用的PMsM數(shù)學(xué)模型以同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子坐標為基礎(chǔ)，并且假設(shè)交、直軸電感相等，即Ld=Lq=L[2]：
式中：ud、uq為d、g軸定子電壓；id、iq為d、q軸定子電流；R為定子電阻；L為定子電感：TL為負載轉(zhuǎn)矩；J為轉(zhuǎn)動慣量；B為粘滯摩擦系數(shù)；P為極對數(shù)；ω為轉(zhuǎn)子機械角速度；Ψf為永磁磁通。
2控制系統(tǒng)設(shè)計
由于定子電流直軸分量給定為零，所以定義[3-6]:
3 無速度傳感器設(shè)計
系統(tǒng)速度ω的值使用反演控制方法構(gòu)造獲得. 令:ω=ω-ω,ω為電機轉(zhuǎn)速的觀測值,ω為觀測值與實際值的誤差[7].
應(yīng)用反演控制方法定義子控制系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù):
4系統(tǒng)仿真分析
系統(tǒng)總體框圖如圖l所示。其中電機參數(shù)為：定子電阻R=3Ω；極對數(shù)p=2；轉(zhuǎn)動慣量，=O．001kg.m2；永磁磁通Ψf=0.8 wb；定子電感為L=0.006 H，粘滯摩擦系數(shù)為B=O．000 l。
由于控制器需要速度給定信號的一、二階導(dǎo)數(shù)因此仿真系統(tǒng)中采用了如圖2所示的方法來平滑地輸出階躍給定信號及其一、二階導(dǎo)數(shù)號[8]。圖中a1=8 500，a2=0．02。
控制器中相關(guān)參數(shù)取為:μ1=50;μ2=80;c=l 500；σ=O．1 圖3表明了系統(tǒng)轉(zhuǎn)速跟蹤階躍給定的性能。當(dāng)t=0．3 S時，給定轉(zhuǎn)速由100 r／min升至120 r／min：在t=0．6 s時，給定轉(zhuǎn)速由120 r／min升至130 r／從圖3a中可以看出系統(tǒng)能精確地跟蹤給定轉(zhuǎn)速。圖3b中上半部分反映了估計轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的誤差，下半部分反映了估計轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間
的誤差。
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