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        基于MRAS 的內(nèi)置式永磁同步電機無傳感器控制

        2015-01-13 01:55:16張洪宇
        微特電機 2015年12期
        關(guān)鍵詞:參考模型波形方程

        張洪宇

        (中國科學(xué)院 長春光學(xué)精密機械與物理研究所,長春130033)

        定義η(0,t1)=η1 +η2,則:

        0 引 言

        永磁同步電動機(以下簡稱PMSM)根據(jù)其轉(zhuǎn)子永磁體安裝位置的不同,可以分為兩類[1]:表面式永磁同步電動機(以下簡稱SPMSM)和內(nèi)置式永磁同步電動機(以下簡稱IPMSM)。二者的主要區(qū)別體現(xiàn)在IPMSM 有明顯的磁阻轉(zhuǎn)矩,交軸電感大于直軸電感,SPMSM 無明顯的磁阻轉(zhuǎn)矩,交、直軸電感相等,這樣的不同將在控制算法上引起一定的差別。永磁同步電機矢量控制中轉(zhuǎn)子速度與位置是必不可少的反饋信息,通??捎啥喾N編碼器獲得,但由于成本、安裝、維護、干擾等問題的存在,促使了旨在解決電機系統(tǒng)中無編碼器的永磁同步電機無傳感器控制的研究。目前一些文獻[2-14]已經(jīng)分別提出多種轉(zhuǎn)子速度與位置估算方法,這些方法雖然存在具體實現(xiàn)手段上的差異,但仍然可以主要分為以下幾種:對于SPMSM,有基于定子磁鏈并利用電機反電動勢估算的反電勢法[2-3],基于滑模變結(jié)構(gòu)理論的滑模觀測器法[4-5],采用遞推濾波方法實現(xiàn)估算的擴展卡爾曼濾波器法[6-7],利用線性或非線性電機相關(guān)參數(shù)狀態(tài)反饋的狀態(tài)觀測器法[8-9],以及基于模型參考自適應(yīng)控制的方法[10-11]。而對于IPMSM,由于存在交、直軸電感不相等的情況,電機數(shù)學(xué)模型變得復(fù)雜,使得速度與位置的估算更為復(fù)雜,方法上受到一定限制。文獻[12]提出一種基于鎖相環(huán)配合電機狀態(tài)觀測器的方法,實現(xiàn)了對IPMSM 的無位置傳感器控制,具有實用參考價值;而文獻[3]所提出的基于反電勢的估算方法是既適用于SPMSM 也適用于IPMSM 的;此外,文獻[13-14]利用IPMSM 的凸極特性,采用高頻注入電壓或電流信號獲得轉(zhuǎn)子位置和速度信息;而擴展卡爾曼濾波器法、滑模觀測器法以及模型參考自適應(yīng)法由于在IPMSM 上實現(xiàn)的復(fù)雜性而鮮有提及。

        本文著眼于IPMSM 的無位置傳感器控制研究,將模型參考自適應(yīng)(以下簡稱MRAS)算法實現(xiàn)于對IPMSM 的轉(zhuǎn)子速度與位置估算;以電機本身作為參考模型,電機電流方程為可調(diào)模型,算出較為復(fù)雜的自適應(yīng)律,并給出相應(yīng)證明;基于MATLAB/Simulink建模,仿真驗證MRAS 算法對IPMSM 轉(zhuǎn)子速度與位置估算的效果,另搭建實驗系統(tǒng),驗證可行性。

        1 模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)

        模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)通常由參考模型、可調(diào)模型和自適應(yīng)律三部分組成。其中參考模型指的是不含有待估計參數(shù)的方程,而可調(diào)模型指的是含有待估計參數(shù)的方程,兩模型同時工作,二者的輸出量具有相同物理意義,利用兩模型輸出量偏差,通過合適的自適應(yīng)律調(diào)節(jié)可調(diào)模型參數(shù),使系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時偏差趨于零,從而實現(xiàn)可調(diào)模型跟隨參考模型。圖1 為本文采用的并聯(lián)型模型參考自適應(yīng)系統(tǒng),此外還有串聯(lián)型和串、并聯(lián)型等。

        圖1 并聯(lián)型模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)

        對于PMSM 轉(zhuǎn)速估算模型參考自適應(yīng)系統(tǒng),本文將采用PI 控制為自適應(yīng)機制,基于Popov 超穩(wěn)定性和正實性動態(tài)系統(tǒng)理論設(shè)計自適應(yīng)律,確保自適應(yīng)機制穩(wěn)定收斂。

        2 IPMSM 速度與位置估算

        2.1 參考模型與可調(diào)模型的建立

        構(gòu)建PMSM 轉(zhuǎn)速估算的并聯(lián)型模型參考自適應(yīng)系統(tǒng),將以IPMSM 本身作為參考模型,電機的電流方程作為可調(diào)模型。

        在d-q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下,IPMSM 的電流方程表示:

        式中:id,iq,ud,uq分別為d-q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子電流和電壓分量;R 為定子電阻;Ld為定子直軸電感;Lq為定子交軸電感;ψf為轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈;ωe為電機轉(zhuǎn)子電角速度。

        可以看出,d-q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的PMSM 電流方程中含有待估算的電機轉(zhuǎn)速,這也是將電流方程作為可調(diào)模型的原因。

        將式(1)改寫成矩陣形式并進行適當(dāng)變換,可以得到如下方程:

        式(2)可以簡寫:

        當(dāng)式(2)中所有參數(shù)電流、電壓、轉(zhuǎn)速等視為電機本身已知真實值時,則式(3)為建立的參考模型。

        根據(jù)并聯(lián)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)原理(見圖1),在基于IPMSM 電流數(shù)學(xué)模型建立的估算系統(tǒng)中,d-q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子電壓u 為參考模型與可調(diào)模型共同的輸入量,定子真實電流i 為參考模型輸出量,定義可調(diào)模型觀測電流為可調(diào)模型輸出量,待估算轉(zhuǎn)子電角速度為可調(diào)參數(shù),則可調(diào)模型矩陣方程構(gòu)建如下:

        方程(4)簡寫:

        至此,已經(jīng)分別建立了IPMSM 模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的參考模型和可調(diào)模型。

        2.2 自適應(yīng)律的建立

        模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)中,自適應(yīng)律的作用在于根據(jù)參考模型與可調(diào)模型的輸出偏差,調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的待估算參數(shù),以使自適應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定且趨于收斂,本文對自適應(yīng)律的設(shè)計方法基于Popov 超穩(wěn)定性理論,該理論的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示的非線性時變反饋系統(tǒng)。

        圖2 非線性時變反饋系統(tǒng)

        基于參考模型與可調(diào)模型偏差構(gòu)建上述非線性時變反饋系統(tǒng),并滿足Popov 超穩(wěn)定性理論就可獲得穩(wěn)定的自適應(yīng)律。

        參考模型與可調(diào)模型的偏差:e =i*-,定義ΔA=-A,則式(3)與式(5)相減可得到下式:

        式(6)為非線性時變環(huán)節(jié)。再構(gòu)建線性定常環(huán)節(jié)v=Ce,可以簡單地設(shè)定矩陣C 為單位矩陣I,設(shè)w=ΔAi^*,這樣就構(gòu)建了基于模型參考自適應(yīng)的非線性時變反饋系統(tǒng)方程:

        根據(jù)Popov 超穩(wěn)定理論,要想使模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定,上述非線性時變反饋系統(tǒng)方程要滿足以下兩個條件:

        1)線性定常環(huán)節(jié)的方程傳遞函數(shù)必須是嚴格正實的,即G(s)=C (sI-A)-1嚴格正實。傳遞函數(shù)展開后可得具體形式如下:

        對上式進行矩陣運算后,容易證得該矩陣是正定Hermite 矩陣。再由正實性判定定理,可以進一步證得該傳遞函數(shù)G(s)具有嚴格的正實性。

        2)對于非線性時變環(huán)節(jié),則必須滿足Popov 積分不等式:

        式中:γ0是一個有限大小的正常數(shù),并且與時間t1無關(guān)。本文采取PI 控制作為自適應(yīng)機制,因此可設(shè):

        將式(9)展開并將式(10)代入,可得:

        定義η(0,t1)=η1+η2,則:

        設(shè):

        可以證明得到下式:

        式中:k >0,則η1≥-;同理可證η2≥-,進而證明η(0,t1)≥-,即證得該系統(tǒng)滿足Popov 積分不等式。

        這樣該系統(tǒng)滿足上述兩個條件,則基于IPMSM所建立的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)是趨于穩(wěn)定的。

        2.3 轉(zhuǎn)速與位置估算

        求解式(14)可得F1(v,t)=k1eTJi^ * ,同理也可算得F2(v,t)=k2eTJi^ * ,將上述兩結(jié)果代入式(10)并完全展開,便可以獲得由自適應(yīng)律參與調(diào)節(jié)的電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估計:

        而轉(zhuǎn)子位置角度可以由速度積分獲得:

        3 仿真分析

        為驗證前文所述對IPMSM 采用模型參考自適應(yīng)估算轉(zhuǎn)速和位置的理論的有效性,將采用MATLAB/Simulink 對如圖3 所示的基于模型參考自適應(yīng)的IPMSM 無位置傳感器矢量控制原理框圖進行建模仿真,分析估算效果。

        圖3 IPMSM 無傳感器矢量控制框圖

        本文所采用的IPMSM 相關(guān)參數(shù)如表1 所示,仿真與實驗皆基于此電機進行。

        表1 IPMSM 參數(shù)

        下面重點給出MRAS 部分的仿真建模模型,而控制系統(tǒng)的其它部分由于不是本文重點將不會給出詳細的建模模型。圖4 為可調(diào)模型電流觀測建模,即獲得觀測電流與。圖5 則是由觀測電流進一步根據(jù)式(16)與式(17)完成轉(zhuǎn)速與位置估算的建模。

        圖5 MRAS 轉(zhuǎn)速與位置估算模型

        在PMSM 無位置傳感器控制中,電機的起動是另一大難題,本文試圖簡化這一難題,采用定位后拖轉(zhuǎn)電機到一定轉(zhuǎn)速再切入閉環(huán)控制的方法。圖6 為本文電機起動部分的u 相電流仿真波形,0 ~1 s 階段是對轉(zhuǎn)子的定位,1 ~9 s 階段為拖轉(zhuǎn),定位與拖轉(zhuǎn)電流為1.5 A,拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速設(shè)定為300 r/min,9 s 以后切入閉環(huán),閉環(huán)設(shè)定轉(zhuǎn)速為600 r/min,設(shè)定負載為0.1 N·m??梢姡腥腴]環(huán)MRAS 工作后,電機電流很快降低到很小值,這是由于拖轉(zhuǎn)時電流利用率極低,而進入閉環(huán)后,MRAS 控制系統(tǒng)將電流利用率提升到最佳范圍,得到較好的控制效果。

        圖6 IPMSM 起動電流

        為驗證速度變化時系統(tǒng)響應(yīng)效果,在第15 s 時負載0.1 N·m 不變,速度由600 r/min 階躍提升為1 000 r/min,速度仿真及相應(yīng)誤差波形如圖7 所示。角度仿真及相應(yīng)誤差波形如圖8 所示。從仿真速度曲線可以看出,系統(tǒng)的速度控制響應(yīng)較快,對于階躍式的速度變化輸入,可以控制電機迅速達到目標(biāo)速度值,并且保證估算速度跟隨實際速度精準(zhǔn),通過誤差曲線可以看出,階躍響應(yīng)到達目標(biāo)值后有一定抖動,速度估算值相對實際速度有一定滯后,導(dǎo)致在階躍變化處,誤差有一定程度地增大式抖動,但隨著系統(tǒng)響應(yīng)階躍輸入后的穩(wěn)定,誤差也重新回到平穩(wěn)且趨于零的狀態(tài)。從角度估算及其誤差曲線更可以看出,角度估算的抖動是更小的,僅在階躍變化處有短時間滯后,隨后很快恢復(fù)穩(wěn)定估算跟隨實際角度,角度估算平穩(wěn)是確保系統(tǒng)控制穩(wěn)定的重要原因。可見本文構(gòu)建系統(tǒng)對速度變化響應(yīng)較快且估算精準(zhǔn)。

        圖8 速度變化時角度及其誤差曲線

        為驗證負載變化時系統(tǒng)響應(yīng)效果,在第15 s 時速度600 r/min 保持不變,負載由0.1 N·m 階躍提升至0.2 N·m,速度仿真及相應(yīng)誤差波形如圖9 所示。角度仿真及相應(yīng)誤差波形如圖10 所示。從速度仿真波形可以看出,由于瞬時加大負載,導(dǎo)致電機速度有一次階躍跌落,系統(tǒng)對負載突變響應(yīng)劇烈,這與系統(tǒng)本身屬于調(diào)速控制有關(guān),但另一方面,系統(tǒng)響應(yīng)依然是迅速有效的,估算速度依然較為精準(zhǔn)地跟隨實際速度,從而控制系統(tǒng)速度重新回到目標(biāo)值。通過相應(yīng)的誤差曲線可以看出,負載突變處有較大的誤差波動,且持續(xù)時間長于速度突變情況,但最終系統(tǒng)仍然能夠自適應(yīng)調(diào)整回穩(wěn)定且誤差趨于零的狀態(tài)??梢姳疚臉?gòu)建系統(tǒng)具有較強的抗突變、抗干擾能力,魯棒性較強。

        圖9 負載突變時速度及其誤差曲線

        圖10 負載突變時角度及其誤差曲線

        仿真結(jié)果表明,本文所述MRAS 對IPMSM 的轉(zhuǎn)速與角度估算動態(tài)響應(yīng)快,在負載或轉(zhuǎn)速突變時能較快跟隨實際轉(zhuǎn)速與角度,在穩(wěn)態(tài)過程中估算穩(wěn)定且平滑。由各誤差曲線可以看出,系統(tǒng)的估算響應(yīng)僅在條件突變時有短時間輕微抖動,穩(wěn)態(tài)過程中誤差很小,跟隨實際值性能較好,因此本文針對IPMSM 所提出的MRAS 轉(zhuǎn)速與角度估算系統(tǒng),估算精度較高,抗干擾能力較強。

        4 實驗結(jié)果

        為進一步驗證該MRAS 對IPMSM 的轉(zhuǎn)速與角度估算的可行性,針對表1 電機進行實驗研究,證明該系統(tǒng)是否能確保電機真實運轉(zhuǎn)。

        圖11 為電機起動部分的示波器電流波形。其橫坐標(biāo)為時間,單位1 s/div,放大后單位50 ms/div;縱坐標(biāo)為電流,單位500 mA/div。可以清楚看到電機切入閉環(huán)即MRAS 開始工作時的電流變化,與仿真波形圖6 相比,幾乎完全相同,證明本文起動方法的可行性。不過這一起動方法實現(xiàn)的前提在于電機負載較小或空載,且對轉(zhuǎn)子初始位置無特殊要求。

        圖11 電機起動電流

        圖12 為電機轉(zhuǎn)速由600 r/min 提升為1 000 r/min 后的示波器電流波形。其橫坐標(biāo)為時間,單位20 ms/div,放大后單位5 ms/div;縱坐標(biāo)為電流,單位200 mA/div。從電流波形的周期可以大致算出,此時的電機轉(zhuǎn)速為1 000 r/min,達到了目標(biāo)速度,并且系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

        圖12 1 000 r/min 時電機電流

        圖13 為電機維持在600 r/min 時增加負載后示波器電流波形。其橫縱坐標(biāo)與圖12 相同,可以看出,電流幅值比增加負載前明顯增大,通過電流周期可算出,電機速度為600 r/min,系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

        圖13 負載增大時電機電流

        根據(jù)示波器電流波形,電機起動切入閉環(huán)過程的電流波形(圖11),轉(zhuǎn)速提升至1 000 r/min 時的電流波形(圖12),以及在600 r/min 時增大負載后的電流波形(圖13),可以看出,系統(tǒng)能夠保證電機在各個狀態(tài)下穩(wěn)定運轉(zhuǎn),證明本文所述MRAS 對IPMSM 的轉(zhuǎn)速與角度估算的可行性。

        5 結(jié) 語

        本文實現(xiàn)了針對IPMSM 采用MRAS 的轉(zhuǎn)速與角度估算,建立無位置傳感器控制系統(tǒng)。完成MRAS 理論分析,并進行仿真實驗,結(jié)果表明本文所述系統(tǒng)對IPMSM 的轉(zhuǎn)速與位置估算精度較高,對速度變化與負載擾動穩(wěn)定性較強,證明了所述系統(tǒng)的可行性。

        [1] MOHAMED A S,ZAKY M S,ZEIN EI DIN A S,et al.Comparative study of sensorless control methods of PMSM drives[J].Innovative Systems Design and Engineering,2011,2(5):44-66.

        [2] 陳寧,陳文祥,喻壽益.表貼式永磁同步電機無位置傳感器控制[J].控制工程,2012,19(2):191-194.

        [3] GRNDUSO F,MICELI R,RANDO C,et al. Back EMF sensorless-control algorithm for high – dynamic performance PMSM[J].IEEE Trans. on Industrial Electromics,2010,57(6):2092-2100.

        [4] KIM H,SON J,LEE J.A high-speed sliding-mode observer for the sensorless speed control of a PMSM[J]. IEEE Trans. on Industrial Electromics,2011,58(9):4069-4077.

        [5] QIAO Zhaowei,SHI Tingna,WANG Yingdong,et al.New slidingmode observer for position sensorless control of permanent-magnet synchronous motor[J]. IEEE Trans. on Industrial Electronics,2013,60(2):710-719.

        [6] QUANG N K,HIEU N T,HA Q P. FPGA-based sensorless PMSM speed control using reduced-order extended kalman filters[J].IEEE Trans. on Industrial Electronics,2014,61(12):6574-6582.

        [7] 肖曦,王偉華,呂志鵬.一種基于增量式卡爾曼濾波器的PMSM轉(zhuǎn)速濾波算法[J].電機與控制學(xué)報,2014,18(10):104-111.

        [8] 祝曉輝,李穎暉.永磁同步電機高增益速度觀測器設(shè)計與仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2007,19(11):2550-2554.

        [9] PREINDL M,SCHALTZ E.Sensorless model predictive direct current control using novel second-order PLL observer for PMSM drive systems[J].IEEE Trans. on Industrial Electronics,2011,58(9):4087-4095.

        [10] FAN Shicai,LUO Wuqiao,ZOU Jianxiao,et al. A hybrid speed sensorless control strategy for PMSM based on MRAS and fuzzy control[C]//IEEE 7th International Power Electronics and Motion Control Conference,2012:2976-2980.

        [11] 呂華芬,葉云岳.基于MRAS 的低速永磁同步電機無位置傳感器控制[J].機電工程,2012,29(3):307-310.

        [12] 孫承波,宋丹,陳國呈,等. 基于鎖相環(huán)的空調(diào)直流壓縮機矢量控制系統(tǒng)[J].電工技術(shù)學(xué)報,2009,24(4):78-84.

        [13] 金光哲,徐殿國,高強,等. 高頻注入電壓預(yù)估同步電機轉(zhuǎn)子位置檢測方法[J].中國電機工程學(xué)報,2014,34(9):1376-1381.

        [14] ACCETTA A,CIRRINCIONE M,PUCCI M,et al.Sensorless control of PMSM fractional horsepower drives by signal injection and neural adaptive-based filtering[J]. IEEE Trans. on Industrial Electronics,2012,59(3):1355-1366.

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