基于卡尔曼滤波的无位置传感器永磁电机矢量控制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guigui198302
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永磁交流伺服系统具有效率高、转动惯量小、过载能力大等优点,在交流调速系统中得到广泛应用,近年来发展迅速。特别是无位置传感器控制技术引起了国内外学者的广泛关注。本文在深入研究无位置传感器控制原理的基础上,提出了切实可行的无位置传感器矢量控制新方法。  本文首先分析了永磁同步电机多坐标系下的数学模型及转矩电磁关系,阐述了直轴电枢电流等于零的矢量控制策略,并将电压空间矢量脉宽调制技术应用于电机矢量控制系统,实现了电压空间矢量的近似连续调节,提高了电压利用率,减小了谐波含量及转矩脉动,因此使得系统的性能得到很大的改善。建立Matlab/Simulink仿真模型进行验证,证明了理论分析的正确性。  重点研究了永磁电机无位置传感器的控制策略。建立电机α-β坐标系下的数学模型,将扩展卡尔曼滤波算法用于电机转子位置和转速估计,结合扩展卡尔曼滤波原理实现转子位置及转速的实时在线最优估计。在Matlab/Simulink环境下,通过S函数建立卡尔曼滤波仿真模型,对无位置传感器及有位置传感器控制系统进行仿真对比,仿真结果表明该方法可以较好的实现转速转角的跟踪。  最后,在研究卡尔曼滤波算法的基础上,提出将状态反馈线性化控制策略与EKF相结合的状态估计算法,以实现对电机转速、转角实时在线估计。状态反馈线性化控制策略通过引入新的状态空间坐标系,将电机模型转化为该坐标系下的线性模型,取代常规的采用一阶泰勒展开、忽略高次项的方法对电机模型非线性参数进行的线性化处理,避免了对高次项忽略带来的误差。通过仿真验证了该方法的有效性,且估计误差减小,在跟踪时间和转角滞后上均优于扩展卡尔曼滤波算法。  本文对永磁电机数学模型、运行原理、无传感器闭环矢量控制策略的分析研究、计算机仿真得出的一些有意义的经验和结论,对永磁同步电机无传感器控制技术的进一步研究具有一定的理论意义和参考价值。
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