基于卡爾曼濾波的無刷直流電機無傳感器控制.pdf

1、無刷直流電機（Brushless Direct Current Motor，BLDCM）是一種取消了直流電機的碳刷和滑環(huán)等換相裝置，又具有普通直流電機相同調(diào)速性能的特種電機，具有效率高、壽命長、可靠性好、調(diào)速性能優(yōu)良等優(yōu)點。但是需要安裝位置傳感器來提供換相信號，這又增加了電機結(jié)構(gòu)復雜性和成本。因此，取消傳感器裝置并提高電機運行性能具有重要的意義，這也逐步成為當前對無刷直流電機的研究熱點。
　　本文研究了基于擴展卡爾曼濾波（Exte

2、nded Kalman Filter，EKF）算法的無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機在無傳感器狀態(tài)下運行。該方法動態(tài)性能好，對電機參數(shù)變化不敏感，可以較好的實現(xiàn)無刷直流電機的無傳感器控制。但是，傳統(tǒng) EKF方法在對非線性系統(tǒng)方程進行線性化處理時，只具有泰勒級數(shù)的一階精度，因而在實際應用中，需要對卡爾曼濾波方法進一步改善。針對這一問題，本文對一種改進的卡爾曼濾波算法--無跡卡爾曼濾波（Unscented Kalman Fil

3、ter，UKF）進行了深入研究，研究結(jié)果表明，UKF算法在無刷直流電機無傳感器控制系統(tǒng)中的應用效果優(yōu)于EKF。
　　首先，給出了無刷直流電機的數(shù)學模型，并根據(jù)該數(shù)學模型建立了基于Matlab/Simulink的無刷直流電機轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型。
　　其次，對擴展卡爾曼濾波算法進行了詳細的介紹，在推導出無刷直流電機的狀態(tài)方程基礎上，建立了基于EKF的無刷直流電機無傳感器控制系統(tǒng)仿真模型，并對其進行了深入的仿真研究，仿真

4、結(jié)果表明 EKF用于無刷直流電機無傳感器控制系統(tǒng)具有較好的觀測效果。
　　再次，針對傳統(tǒng) EKF算法只有一階精度的缺點，對一種改進的卡爾曼濾波算法UKF進行了詳細的介紹和分析，并將其應用于無刷直流電機中，設計了基于UKF的無刷直流電機無傳感器控制系統(tǒng)。仿真和分析發(fā)現(xiàn)，UKF用于無刷直流電機無傳感器控制系統(tǒng)，其觀測效果優(yōu)于EKF，能有效提高估算精度，但是計算量更大。
　　最后，搭建了無刷直流電機無傳感器控制系統(tǒng)的硬件平臺，并編