一种参数自适应双滑模结构MRAS永磁同步电机矢量控制方法.pdf
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1、第 卷 年第 期 月.一种参数自适应双滑模结构 永磁同步电机矢量控制方法朱吕攀 毛谦敏 王学影(中国计量大学 计量测试工程学院 杭州)摘 要:针对模型参考自适应系统()在永磁同步电机控制中存在的响应速度慢、控制精度低、对参数变化敏感等问题 提出了一种参数自适应双滑模结构的 永磁同步电机矢量控制方法 将传统模型参考自适应系统中的 速度环和 自适应调节器用滑模结构替代 提高系统的抗干扰能力和控制精度 基于波波夫超稳定性理论设计电机参数自适应系统 对电机参数进行辨识 进而提高系统鲁棒性 为抑制抖振 引入饱和函数和随系统状态变量自适应变化的滑模增益 最后借助 软件进行仿真实验 实验结果表明该方法提高了
2、控制精度和响应速度 且鲁棒性强 具有一定的优越性关键词:滑模控制器 永磁同步电机 模型参考自适应 波波夫超稳定性 参数自适应中图分类号:文献标志码:文章编号:()():().:收稿日期:作者简介:朱吕攀()第一作者 男 硕士研究生 研究方向为永磁同步电机控制技术通讯作者:毛谦敏()男 教授 研究方向为精密测量与智能化仪器王学影()女 副教授 研究方向为光电检测技术、三坐标测量机技术 引 言永磁同步电机()具有调速性能好、维护方便、运行可靠、单位功率密度大、效率高等独特优点 被广泛应用于汽车、医疗、国防等领域 准确的转子位置信息是永磁同步电机的精确控制的关键 传统的位置信息获取通过位置或速度传感
3、器 但传感器的安装增加了电机的体积和成本 且某些情况无法安装传感器 因此 如何在无传感器条件下实现对电机转子位置的准确估算是目前永磁同步电机控制的难点 卷国内外学者提出了很多 无传感器控制方法 主要有滑模控制法、扩展卡尔曼滤波器法、高频信号注入法、模型参考自适应法等 文献设计了分数阶滑模转速控制器 有效抑制了高频抖振 但是控制精度偏低 文献将自适应广义二阶积分器引入高频信号注入法 有效提高了系统的动态性能和稳态精度 但只适用于低转速控制文献提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器的无速度传感器控制方法 但运算量大、模型复杂 对硬件要求高 模型参考自适应法基于李雅普诺夫方程和波波夫超稳定性理论设计 确保其
4、收敛 但准确性受参考模型的参数准确度影响 鲁棒性弱 文献提出一种基于模糊 的模型参考自适应观测器 该观测器在电机很宽的速度范围内都有良好的动稳态性能 提高了转子位置的检测精度 但模糊规则不易确定 文献使用扩展卡尔曼滤波替代传统 的 自适应率 同时结合了一种线性的神经网络 对 控制参数采集的准确性和动态响应均有提升 但计算量大 对硬件要求高 滑模控制的动态特性仅依赖滑模面的选择 具有鲁棒性强和控制简单的优点 将滑模控制引入模型参考自适应系统 可以在保证系统结构简单 控制精度高的同时提高系统的鲁棒性本文提出了一种参数自适应双滑模结构的 永磁同步电机控制方法 将滑模控制与模型参考自适应系统结合 同时
5、基于波波夫超稳定性理论设计电机参数自适应系统 引入饱和函数和随系统状态变量自适应变化的滑模增益 通过 仿真实验证明 该方法动静态性能好 鲁棒性强可以提高系统的控制精度 有效抑制系统抖振 永磁同步电机的数学模型表贴式三相 同步旋转坐标系下的数学模型为定子电压方程为 ()()转矩方程为()机械运动方程为 ()式中、和、表示定子电压、电流在、轴上的分量 为转子电角速度 为转子机械角速度 为定子电阻、为交直轴电感 在表贴式 中 为永磁体磁链 为电机极对数 为电磁转矩 为负载转矩 为阻尼系数 为转动惯量 电机参数模型参考自适应系统为解决实际工作中 的参数随着外界环境的变化 造成转速估算误差变大的问题 设
6、计电机参数模型参考自适应系统:将式()用状态空间形式表示 其中:()令 可得:()在转速已知的前提下 对电机参数进行辨识将式()用估计量表示:()定义 将式()与式()相减可得:()根据波波夫超稳定性理论 对波波夫积分逆向求解 可得出电阻、电感、磁链的自适应率:()()()()()()()期朱吕攀等:一种参数自适应双滑模结构 永磁同步电机矢量控制方法其中 将、为 自适应率参数 双滑模结构模型参考自适应系统 模型参考自适应系统滑模速度观测器设计构造滑模面函数为 ()()()变结构滑模控制率设计如下式:()()式中 为滑模增益()是符号函数由于符号函数不连续的开关特性 系统会产生抖振现象 故选择饱
7、和函数替换符号函数()减少系统抖振 此时滑模控制率为()()滑模变结构模型参考自适应系统的结构框图如图 所示图 滑模变结构模型参考自适应系统的结构框图 新型滑模趋近率设计高为炳院士率先提出趋近率的概念 并设计了一种指数趋近率 ()()其中 传统指数型趋近率对改善系统的高频抖振具有一定的作用 但是在滑模面附近 固定的 和 使得系统无法快速趋近于滑模面 动态性能较差 且依然存在高频抖振 为解决以上问题 设计新型指数趋近率:()()式中 为电机参考转速 通常为常量 为自适应滑模增益 为滑模增益基准值 为指数系数当系统离滑模面较远时 较大的 使得系统快速趋近滑模面 当系统在滑模面附近时()起主要作用
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