摘 要:针对低速大转矩电机驱动系统,在对无传感器技术的研究之后确定了一种基于观测器的转子转速/位置估算方法。在分析低速大转矩永磁同步电机数学模型的基础上,根据其特点,设计了一个滑模观测器,实现转子速度与位置的估算。该方法对系统运行时的噪声和参数的变化有很好的鲁棒性。理论分析和仿真实验,说明了方法的可行性和正确性。
关键词:滑模观测器;低速大转矩;永磁同步电动机;无位置传感器;矢量控制
低速大转矩永磁同步电动机(PMSM)在电梯和一些机械装备上得到成功地应用[1]。而在PMSM转子磁场定向矢量控制中,精确的转子位置检测是关键。通常在电动机轴上安装光电编码器等传感器测量转子位置和转速,但随之带来环境适应性不强、系统鲁棒性降低、转子转动惯量增大等问题。为此,很多学者致力于无位置传感器控制策略的研究。其中基于状态观测器控制方法,由于动态性能好、稳定性高、参数鲁棒性强等优点倍受关注[2, 3, 8]。其算法复杂,对计算机实时运算速度和存储容量要求高,滑模变结构观测器对系统数学模型精度要求不高,对系统参数变化、外界环境扰动以及内部摄动等具有完全的自适应性,因此具有很强的鲁棒性,在交流调速系统控制领域展示了良好的应用前景[5]。本文将滑模变结构控制应用于永磁同步电机控制系统。根据永磁同步电机的数学模型,设计了一个滑模变结构观测器,以估算电机转子位置和速度,实现无传感器
永磁同步电机的矢量控制。利用Matlab建立了无传感器矢量控制系统的仿真模型,通过动态仿真验证了控制方法的正确性,同时也表明该控制方
法简单易行,具有良好的动态和静态性能[6]。
本文依据电动机定子相电流,通过clarke.变换转换到α,β坐标系,结合该坐标下的两相定子电压,根据电动机电磁方程式构造滑模变结构观测器,在低速情况下对转速和转子位置进行估算。仿真实验结果表明,采用滑模变结构观测器对转子转速和位置进行估算,有较好的收敛性;滑模切换函数与电动机参数无关,系统有很好的鲁棒性;转子位置角估计值较准确,永磁同步电动机能够在无位置传感器状态下实现矢量控制。
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