无速度传感器永磁同步电动机反应线性控制研究.docx

《无速度传感器永磁同步电动机反应线性控制研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无速度传感器永磁同步电动机反应线性控制研究.docx（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、无速度传感器永磁同步电动机反应线性控制研究无速度传感器永磁同步电动机反应线性控制研究lvjing导语：本文采用直接反应线性控制策略来设计系统控制器，使系统具有良好的速度跟踪和转矩响应。通过Matlab的仿真，验证了系统设计的有效性和可行性摘要：利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速方程构造降维线性Luenberger观测器来获得电动机的转速，观测器简单易行，通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度。采用直接反应线性化控制策略来设计系统控制器，使系统具有良好的速度跟踪和转矩响应。通过Matlab的仿真，验证了系统设计的有效性和可行性。关键词：永磁同步电动机无速度传感器直接反应线性控制观测器Feedb

2、acklinearizationcontrolresearchofspeedsensorlesspermanentmagnetsynchronousmotorAbstractThespeedofpermanentmagnetsynchronousmotorwasacquiredusingreducedorderLuenbergerobserverconstructedfromstatorq-axiscurrentandspeedequation.Theobserverissimpleandachievesfastconvergencewiththeeigenvaluessetting.Thes

3、ystemcontrollerwasdesignedusingdirectfeedbacklinearizationcontrol.Thesystemfeaturesfastspeedtrackingandtorqueresponse.Matlabsimulationresultprovestheefficiencyandfeasibilityofthesystemdesign.KeywordsPMSMspeedsensorlessfeedbacklinearizationcontrolobserver随着永磁材料、半导体功率器件和控制理论的开展，永磁同步电动机PMSM在当前的中、小功率运动控

4、制中起着越来越重要的作用。永磁同步电动机具有构造紧凑、高功率密度、高气隙磁通和高转矩惯性比等优点1。在传统的永磁同步电机伺服控制中，最常用的方法是在转子轴上安装传感器如编码器、解算器、测速发电机等，来获得转速和位置，但是这些传感器增加了系统的本钱某些高精度传感器的价格甚至可与电机本身价格相比，降低了系统的可靠性，而且其应用受到诸如温度、湿度和震动等条件的限制，使该系统不能广泛适用于各种场合。为了克制使用传感器给系统带来的缺憾，很多学者开展了无传感器永磁同步电机控制系统的研究2。本文利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速方程构造降维线性Luenberger观测器来获得电动机的转速，通过特征值的配置

5、可以获得快速的收敛速度，把直接反应线性化控制策略运用于设计系统控制器，使系统具有快速的速度跟踪和转矩响应。直接反应线性控制通过对输出变量进展微分，得到所需的坐标变换和非线性系化，同时也实现了系统的解耦。最后通过Matlab仿真，验证了系统设计的有效性和可行性。2永磁同步电机数学模型基于面装式的永磁同步电动机，其基于同步旋转转子坐标的d-p模型3如下其交直轴电感近似相等，即Lsubd/sub=Lsubq/sub=L：式中：usubd/sub、usubq/sub为d、q轴定子电压，isubd/sub、isubq/sub为d、q轴定子电流，R为定子电阻，L为定子电感，TsubL/sub为负载转矩，J

6、为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，P为极对数，为转子机械角速度，为永磁磁通。3反应线性化控制器设计反应线性化控制是一种基于准确模型的反应线性化，通过坐标变换取消了非线性因素，转换成线性系统，通过线性理论来设计控制器。为了实现系统的解耦，防止出现零动态系统问题，选择、isubd/sub为系统的输出，定义新的系统输出变量为：4速度观测器的设计对于永磁同步电机数学模型，假定新的输入量为：把式78代入式12得永磁同步电机新的状态方程为：这样系统就变成了线性系统,可以构造线性观测器来估算；另外从式11可以看出速度只与isubq/sub有关，因此，可以构造降维观测器来估算速度。利用永磁同步电机的速度方程11和

7、交轴电流方程组成如下降维矩阵方程为简化系统方程假定负载转矩为零。对于上面的矩阵方程设计线性Luenberger观测器：其中分别为交轴电流和转速的估计值。以上两矩阵方程相减可得：由矩阵方程12可知，通过调节参数可以使得速度观测误差趋于零，并且可以通过调节参数配置矩阵的特征值使系统快速收敛。从式12可看出，系统提出的观测器仅是一阶的，因此，计算负担明显降低。5系统仿真与实验波形采用降维线性Luenberger观测器来获得电机转速，用反应线性化控制来设计系统的速度和电流控制器，如图1所示，通过调整参数ksub1/sub、ksub2/sub、ksub3/sub使系统到达满足的配置点。永磁同步电机参数如

8、表1所示。表1永磁同步电动机参数图1系统控制构造框图电机的初始设定跟踪速度为500r/min在0.5s时速度降为100r/min。电机的初始负载转矩为5Nm，在0.25s增大到10Nm。仿真参数为：仿真结果如图2所示，由仿真结果可以看出，系统的观测器可以及时估计出电机的转速，使系统具有快速的速度跟踪和转矩响应。其设计的优点是调整参数较少，转速观测计算量小。在电机的转速发生变化时，观测器可以迅速的收敛到给定转速。本文提出的控制策略在沟通伺服系统的实验平台上，进展了实验研究。图3.1为电机450r/min下对应的电压波形，图3.2为此时的二相电流波形，图3.3为位置估计的波形。本文采用线性降维Lu

9、enberger观测器来获得电机转速，通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度;采用直接反应线性化控制策略来设计系统控制器，使系统具有很好的速度跟踪和转距响应，并且系统的调节参数少，便于工程实现。 1PILLAYP，KRISHNANR.ApplicationcharacteristicsofpermanentmagnetsynchronousandbrushlessDCmotorforservodrivesJ.IEEETransactiononIndustryApplication，1991，275：986-996.2梁艳，李永东.无传感器永磁同步电机矢量控制系统概述J.电气传动，20034：4

10、-9.3PILLAYP，KRISHNANR.ModelingofpermanentmagnetmotordrivesJ.IEEETransactionsonIndustryElectronics，1988，354：537-541.4曹建荣，魏泽国.基于逆系统理论的感应电机解耦控制的研究J.电工技术学报，1999，141：7-11.5张春朋，林飞.基于直接反应线性化的异步电动机非线性控制J.中国电机工程学报，2003，232：99-102.6MAIDUM，BOSEBK.RotorpositionestimationschemeofapermanentmagnetsynchronousmachineforhighperformancevariablespeeddriveJ.IEEEIASAn2nualMeeting，19921：48-53.7SOLSONAJ，VALLAMI，MURAVCHIKC.AnonlinearreducedorderobserverforpermanentmagnetsynchronousmotorJ.IEEETrans.Ind，1996，434：492-497.