亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于改進(jìn)型擾動(dòng)觀測器的IPMSM無傳感器控制

        2018-08-09 08:30:38楊振強(qiáng)王繼超
        微特電機(jī) 2018年7期
        關(guān)鍵詞:反電動(dòng)勢改進(jìn)型觀測器

        周 靜,楊振強(qiáng),王繼超

        (1.大連理工大學(xué),大連 116024;2.中國人民解放軍31696部隊(duì),錦州 121017)

        0 引 言

        無位置傳感器技術(shù),可以通過建立合理的數(shù)學(xué)模型,替代傳統(tǒng)的機(jī)械式編碼器,獲得電機(jī)的位置信息。由于此技術(shù)能降低系統(tǒng)成本,減小電機(jī)體積,降低運(yùn)行環(huán)境要求,因此具有較高的研究價(jià)值[1-3]。

        對比表貼式永磁同步電機(jī)(以下簡稱SPMSM),內(nèi)置式永磁同步電機(jī)(以下簡稱IPMSM)是嵌入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),具有可靠性強(qiáng)、調(diào)速范圍大、效率高等優(yōu)點(diǎn),是目前發(fā)展的主流[4-6]。但是,IPMSM存在凸極效應(yīng),磁路非線性,電機(jī)數(shù)學(xué)模型相對復(fù)雜,在無位置傳感器技術(shù)中,用于轉(zhuǎn)子位置信息估計(jì)的觀測器設(shè)計(jì)與調(diào)試過程相對復(fù)雜,不易于工程實(shí)現(xiàn)[7,8],本文致力于解決此類問題。

        近年來,隨著科研工作者對無位置傳感器技術(shù)研究的深入,取得了大量的研究成果。文獻(xiàn)[9]提出了一種基于合成反電動(dòng)勢的滑模狀態(tài)觀測器,實(shí)現(xiàn)了IPMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)的高速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行,但是在開關(guān)切換時(shí)容易引入高頻信號(hào),需要通過兩級濾波器對其進(jìn)行消除,調(diào)試起來復(fù)雜。文獻(xiàn)[10]基于非線性觀測器實(shí)現(xiàn)了IPMSM無位置傳感器控制,轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速估算精度高,缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)過程復(fù)雜、計(jì)算量大,且計(jì)算過程中需要借助狀態(tài)的微分,導(dǎo)致噪聲信號(hào)的放大,因此采用了低通濾波器,調(diào)節(jié)過程較復(fù)雜。文獻(xiàn)[11]在一種新型的擾動(dòng)觀測器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了SPMSM無位置傳感器控制。其設(shè)計(jì)過程簡單,結(jié)果精確,調(diào)試過程簡單,容易應(yīng)用。但是,其觀測模型是基于SPMSM的電流狀態(tài)方程搭建,因此不適用于IPMSM。

        本文結(jié)合多種控制策略的優(yōu)點(diǎn),研究了一種基于改進(jìn)型擾動(dòng)觀測器的IPMSM控制方法。此方法通過合成反電動(dòng)勢,得到與SPMSM相似的模型,再利用中間變量轉(zhuǎn)換,在不添加濾波器的條件下求得理想的合成反電動(dòng)勢,將其與鎖相環(huán)結(jié)合得到轉(zhuǎn)子位置信息。利用一個(gè)隨轉(zhuǎn)速變化的誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié),消除了因?yàn)槟P驼`差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子位置估算誤差。通過對仿真結(jié)果分析,此方法調(diào)試過程簡單,能夠精確地估計(jì)轉(zhuǎn)子位置信息,從而完成高性能的IPMSM無位置傳感器控制。

        1 IPMSM數(shù)學(xué)模型

        在靜止α,β坐標(biāo)下,IPMSM的電壓方程如下:

        可以將式(1)改寫為矢量形式:

        可以看出,因?yàn)镮PMSM 的Ld,Lq不等,半差電感不為零,附加電壓ηαβ受θe的影響,導(dǎo)致利用反電動(dòng)勢搭建觀測器的無傳感器技術(shù)不適用于IPMSM。因而,本文通過定義合成反電動(dòng)勢,使IPMSM的數(shù)學(xué)模型變成與SPMSM 相似的模型。

        通過坐標(biāo)變換理論,對附加電壓ηαβ變換,可得:

        式中:id為直軸電流。

        通過將附加電壓ηαβ分解成E1,E2,E3,由式(2)和式(3)可知,E2與反電動(dòng)勢Eαβ的相位相同,可以將其合并。

        定義合成反電動(dòng)勢Esyn:

        E3與反電動(dòng)勢Eαβ正交,而且和合成反電動(dòng)勢的相比,E3的幅值比較小,為了簡化計(jì)算,可以將其忽略。

        定義合成后的輸入電壓矢量vαβ:

        將合成后的量代入式(1),IPMSM 在α,β坐標(biāo)系下的電壓方程可以變形:

        從而,得到以定子電流為狀態(tài)變量的電機(jī)電流狀態(tài)方程:

        2 擾動(dòng)觀測器的設(shè)計(jì)

        2.1 擾動(dòng)觀測器的數(shù)學(xué)模型

        干擾下的時(shí)域微分方程:

        式中:x是狀態(tài)變量,u是輸入量,d是擾動(dòng)量;A,Bu及Bd分別是與x,u及d對應(yīng)的系數(shù)矩陣。

        在干擾信號(hào)d變化遲緩的情況下,d的導(dǎo)數(shù)約等于0,可以忽略。

        估計(jì)誤差:

        對應(yīng)的擾動(dòng)觀測器可以表示:

        式中:L為擾動(dòng)觀測器的增益矩陣。

        本文采用了文獻(xiàn)[11]中利用中間變量轉(zhuǎn)換的改進(jìn)型擾動(dòng)觀測器,代入式(10),可以得到:

        定義中間變量:

        從而,得到擾動(dòng)觀測器的模型:

        由于借助中間變量z,擾動(dòng)量的估計(jì)不用計(jì)算狀態(tài)變量微分,所以不用額外設(shè)計(jì)濾波器對噪聲信號(hào)進(jìn)行消除,從而簡化了觀測器。

        本文將靜止α-β坐標(biāo)下合成反電動(dòng)勢Esyn作為擾動(dòng)量,建立基于合成反電動(dòng)勢的擾動(dòng)觀測器模型。

        對式(7)的IPMSM電流狀態(tài)方程整理可得:

        從而,得到基于合成反電動(dòng)勢的觀測器模型:

        式中:l為擾動(dòng)觀測器的增益。

        根據(jù)式(15),作出的擾動(dòng)觀測器結(jié)構(gòu)圖如圖1虛線框所示。

        圖1 基于擾動(dòng)觀測器的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)

        由圖1可知,定子電壓和電流經(jīng)過改進(jìn)型擾動(dòng)觀測器可以估計(jì)出合成反電動(dòng)勢。由于合成反電動(dòng)勢中有IPMSM轉(zhuǎn)子位置和速度信息,結(jié)合PLL與對應(yīng)的位置補(bǔ)償后可以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置和速度較為精確地估計(jì)[12-14]。

        根據(jù)式(4)可以推出:

        式中:k=pωm(ψf+2L1id)。

        合成反電動(dòng)勢利用PLL實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子速度的估計(jì),估計(jì)出的速度量再通過積分便能夠求得轉(zhuǎn)子位置。

        2.2 轉(zhuǎn)子位置補(bǔ)償

        為了消除因?yàn)橛^測器模型誤差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子位置估算誤差,需要進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置補(bǔ)償。

        對式(10)作拉氏變換,推導(dǎo)出擾動(dòng)觀測器的傳遞函數(shù):

        因此,擾動(dòng)觀測器可等效為一階慣性環(huán)節(jié)。

        結(jié)合式(4)推出估計(jì)值:

        得到轉(zhuǎn)子位置補(bǔ)償公式:

        2.3 李雅普諾夫穩(wěn)定性

        擾動(dòng)觀測器的動(dòng)態(tài)誤差方程可以表示:

        為了使速度估計(jì)誤差能夠收斂,定義式(22)李雅普諾夫函數(shù)。

        對其求導(dǎo):

        l<0

        3 仿真分析

        本文采用型號(hào)為GK6080-6AC31的IPMSM,表1給出了IPMSM相關(guān)參數(shù),圖2為IPMSM控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

        表1 IPMSM主要參數(shù)

        圖2 基于改進(jìn)型擾動(dòng)觀測器的IPMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        在MATLAB/Simulink平臺(tái)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的仿真模型,通過對基于改進(jìn)型擾動(dòng)觀測器的IPMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)實(shí)行仿真,確定觀測器增益,驗(yàn)證了觀測器對轉(zhuǎn)子信息的估計(jì)性能。

        圖3 不同增益下的轉(zhuǎn)子誤差

        由此可知,增益越小,轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差越小,但是轉(zhuǎn)速誤差波動(dòng)越大。為獲得較好的控制性能,系統(tǒng)選取的增益為-20。此增益選取方便,且產(chǎn)生的誤差在系統(tǒng)允許誤差范圍內(nèi),滿足系統(tǒng)要求。

        選定增益后,討論負(fù)載變化對系統(tǒng)的影響。在1 s時(shí),突加負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL,TL的值分別取2 N·m,5 N·m,10 N·m。圖4是負(fù)載變化對轉(zhuǎn)速和位置誤差的影響。由圖4(a)可知,TL越大,轉(zhuǎn)子速度下降的幅度越多,但仍能實(shí)現(xiàn)對給定轉(zhuǎn)速的跟隨。由圖4(b)可知,TL越大,轉(zhuǎn)子位置誤差略有增加,轉(zhuǎn)子位置誤差最大不超過8°電角度。由此可知,觀測器具有較強(qiáng)的魯棒性。

        (a) 電機(jī)轉(zhuǎn)速

        (b) 電機(jī)位置誤差

        系統(tǒng)仿真時(shí)間設(shè)為4 s,IPMSM穩(wěn)態(tài)運(yùn)行在TL=2 N·m條件下,在2 s時(shí),將電機(jī)給定轉(zhuǎn)速由500 r/min階躍到2 000 r/min,系統(tǒng)波形如圖5所示。從圖5可以看出,估計(jì)轉(zhuǎn)速能夠?qū)?shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行良好的跟隨。在給定轉(zhuǎn)速500 r/min 的情況下,轉(zhuǎn)子的速度誤差約±15 r/min,速度誤差波動(dòng)近似為3%。在給定轉(zhuǎn)速2 000 r/min 的情況下,轉(zhuǎn)子的速度誤差近似為±50 r/min,速度誤差波動(dòng)約為2.5%,速度誤差波動(dòng)稍微有所減小,轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差近似為4.6°電角度。

        圖5 轉(zhuǎn)速階躍變化時(shí)系統(tǒng)波形

        為了進(jìn)一步驗(yàn)證電機(jī)控制系統(tǒng)的性能,在1 s時(shí),將IPMSM的轉(zhuǎn)子速度在200 ms內(nèi),從500 r/min斜坡上升到2 000 r/min,運(yùn)行后,再用同樣的速率,降到500 r/min,系統(tǒng)波形如圖6所示。

        圖6 轉(zhuǎn)速斜坡變化時(shí)系統(tǒng)波形

        從圖6可以看出,在加減速過程中,估計(jì)轉(zhuǎn)速同樣能夠?qū)?shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行良好的跟隨,轉(zhuǎn)子速度動(dòng)態(tài)誤差小于50 r/min,靜態(tài)誤差小于15 r/min,始終不超過給定轉(zhuǎn)速的3%,轉(zhuǎn)子位置誤差始終不超過4.6°電角度。

        對比文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]中的觀測器,此觀測器設(shè)計(jì)相對簡單,雖然轉(zhuǎn)速誤差波動(dòng)略有增加,但是精度滿足系統(tǒng)要求。

        綜上所述,此擾動(dòng)觀測器能夠準(zhǔn)確地估算轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)了IPMSM高性能的運(yùn)轉(zhuǎn)。

        4 結(jié) 語

        本文基于改進(jìn)型擾動(dòng)觀測器建立了IPMSM數(shù)學(xué)模型,將合成反電動(dòng)勢作為擾動(dòng)量,利用中間變量,結(jié)合鎖相環(huán)對轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速進(jìn)行估算,實(shí)現(xiàn)了高性能的IPMSM無位置傳感器控制。通過仿真分析了不同觀測器增益和負(fù)載轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)子誤差的影響,選擇了合適的增益,完成了仿真驗(yàn)證,得到以下結(jié)論:

        1) 改進(jìn)型的擾動(dòng)觀測器利用中間變量,不用設(shè)計(jì)額外的濾波器,就可以估算出合成反電動(dòng)勢,模型設(shè)計(jì)與調(diào)試過程簡單,易于工程實(shí)現(xiàn),具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

        2) 估算精度較高,在不同負(fù)載下具有較強(qiáng)的魯棒性,可以在轉(zhuǎn)速階躍與斜坡變化時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確估算,擁有較高的動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能。

        3) 不足之處,此系統(tǒng)基于反電動(dòng)勢估計(jì),適用于IPMSM中高速調(diào)速,所以,還需進(jìn)行低速研究。

        猜你喜歡
        反電動(dòng)勢改進(jìn)型觀測器
        Cr5改進(jìn)型支承輥探傷無底波原因分析
        基于改進(jìn)滑模觀測器的BLDCM無傳感器控制
        溫度對永磁同步電機(jī)反電動(dòng)勢值的影響
        汽車電器(2019年2期)2019-03-22 03:35:16
        改進(jìn)型CKF算法及其在GNSS/INS中的應(yīng)用
        基于觀測器的列車網(wǎng)絡(luò)控制
        基于非線性未知輸入觀測器的航天器故障診斷
        基于干擾觀測器的PI控制單相逆變器
        改進(jìn)型逆變器無效開關(guān)死區(qū)消除方法
        改進(jìn)型抽頭電感準(zhǔn)Z源逆變器
        采用干擾觀測器PI控制的單相SPWM逆變電源
        精品女同一区二区三区不卡| 无码熟妇人妻av在线影片| 91精品手机国产在线能| 美腿丝袜一区二区三区| 中文字幕一区二区三区日日骚 | 亚洲av无码专区在线观看成人| 欧美日韩精品一区二区三区不卡| 亚洲人成18禁网站| 久久少妇高潮免费观看| 无码aⅴ精品一区二区三区| 亚洲学生妹高清av| 欧美高h视频| 区一区二区三免费观看视频| 在线观看的网站| 久久久久久久无码高潮| 亚洲人成无码网站十八禁| 久久精品熟女亚洲av麻豆永永| 猫咪av成人永久网站在线观看| 中文字幕一区二区三区久久网站| 国产精品狼人久久久影院| 国产实拍日韩精品av在线| 无码丰满熟妇一区二区| 亚洲综合国产精品一区二区99| 国产喷白浆精品一区二区豆腐 | 国产综合无码一区二区辣椒| 亚洲成人福利在线观看| 国内专区一区二区三区| 中文字幕一区二区三区视频| 国产熟妇人妻精品一区二区动漫| 国产视频网站一区二区三区| 天堂一区二区三区精品| 国产成年女人毛片80s网站| 日本一区二区三区高清千人斩| 风流少妇一区二区三区| 日本一区二区三级在线观看| 亚洲第一无码xxxxxx| 骚片av蜜桃精品一区| 国产亚洲一本二本三道| 女人和拘做受全程看视频| 岛国成人在线| 国产亚洲一区二区毛片|