基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機無傳感器控制技術研究.pdf

1、目前，在中小功率伺服驅動領域，永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）因其結構簡單、功率密度大、效率高、運行平穩(wěn)等優(yōu)點，已經成為主流之選。矢量控制作為實際工業(yè)應用中最廣泛的永磁同步電機控制策略，它能夠同時滿足對速度和電流的精確控制，實現高精度、高動態(tài)性能、大范圍的速度和位置控制。在高性能永磁同步電機控制系統中，需要隨時獲取精確的轉子位置和速度信息，一般在轉子軸上安裝機械式傳感器直接測

2、量電機的轉速和位置，以實現高性能的轉速和位置閉環(huán)控制。高精度位置傳感器的安裝不僅降低了系統的可靠性和抗擾能力，同時還增加了控制系統的體積重量和成本。因此無位置傳感器控制技術的研究成為目前的研究熱點和關鍵技術。本文基于一臺表貼式永磁同步電機，針對觀測器技術在PMSM無位置傳感器控制系統中的應用及實現進行了相關研究。
　　本文首先從一階狀態(tài)觀測器的設計出發(fā)，介紹了非光滑反饋控制相較于線性反饋控制對狀態(tài)觀測器穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能的影響，設

3、計了一階線性狀態(tài)觀測器、滑模觀測器以及改進型滑模觀測器，通過實驗進行對比分析。針對一階觀測器動態(tài)響應慢，滑模觀測器的“抖振”問題，利用擴張狀態(tài)觀測器（Extended State Observer,ESO)理論對傳統觀測器進行改造，將電流變量和反電勢變量作為狀態(tài)量進行觀測，形成二階系統，提升了觀測精度和動態(tài)響應速度。另外，本文針對基于正交鎖相環(huán)速度信號提取法提出改進措施，利用狀態(tài)微分器結構取代傳統的PI結構，通過理論分析和實驗驗證了改進

4、型的速度信號提取方法提升了觀測精度，增強了觀測器對系統噪聲的抗干擾性能。
　　其次，本文針對無傳感器起動過程，分析了傳統的V/F起動方法的缺點，采用I/F單電流閉環(huán)控制替代V/F控制實現永磁同步電機無傳感器的起動，對起動電流閥值和加速曲線的設計進行了理論推導。最后本文對低速區(qū)至高速區(qū)的無傳感器控制方法切換的動態(tài)過程進行了分析和研究，分別采用了基于虛擬坐標系加速和電機自平衡原理的兩種方法實現了過渡過程的平滑切換，通過仿真和實驗對比分