永磁同步電機調速系統(tǒng)滑模變結構控制若干關鍵問題研究.pdf

1、永磁同步電機具有結構簡單、體積小、效率高和運行可靠等諸多優(yōu)點在數控機床、航空航天和機器人研究等領域得到了廣泛應用。然而永磁同步電機是一個強耦合、多變量、非線性的復雜系統(tǒng)，為了滿足在復雜工作環(huán)境下高可靠性與高性能的控制要求，需要解決參數攝動、外部擾動等不確定性因素所帶來的諸多問題。本文以復雜工作環(huán)境下永磁同步電機調速系統(tǒng)為研究對象，開展基于滑模變結構控制理論的非線性控制策略、擾動自抑制控制技術、無位置傳感器運行方法及逆變器故障診斷技術的相

2、關研究，探討高性能與高可靠性永磁同步電機驅動控制的實現途徑與策略，具有理論與工程應用雙重價值。
　　首先，建立了永磁同步電機的數學模型，并對滑模變結構等速趨近律與指數趨近律進行了分析。指出其趨近速度與滑模抖振水平存在的矛盾問題，在其基礎上提出了兩種新型滑模趨近律，在有效抑制傳統(tǒng)滑模趨近律抖振現象的同時進一步提高了趨近速度，解決了現有趨近律存在的矛盾問題。給出了基于趨近律的轉速與電流滑?？刂破髟O計方法與過程，構建了永磁同步電機滑模調

3、速系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)控制性能。
　　其次，深入分析了擾動對系統(tǒng)控制性能影響，以擾動量作為系統(tǒng)擴展狀態(tài)提出了一種擴展滑模擾動觀測器，給出了觀測器參數選取原則。所提出的擾動觀測器能夠同時對內部參數攝動與外部負載擾動進行準確估計，并且其具有的一階濾波功能可以有效抑制滑模抖振。為了克服系統(tǒng)參數攝動、外部擾動等不確定性對電機控制性能的影響，結合所提出的擾動觀測器與滑模速度控制器提出了一種抗擾動復合控制策略。該策略將擾動觀測器實時估計的系統(tǒng)擾動

4、量前饋輸入到滑模速度控制器中，提高了永磁同步電機調速系統(tǒng)的抗擾動能力。
　　再次，為增強系統(tǒng)環(huán)境適應能力、提高系統(tǒng)可靠性，分析基于傳統(tǒng)滑模觀測器的永磁同步電機轉子位置與速度估計方法，并指出其存在的低通濾波器影響觀測精度的問題，在高階滑?？刂婆c終端滑?？刂苹A上提出了一種二階混合終端滑模觀測器，并對其滑?？刂坡蛇M行了設計，所提出的新型觀測器在有效抑制滑模固有抖振現象的同時避免了傳統(tǒng)滑模觀測器中低通濾波環(huán)節(jié)的引入，提高了轉子位置與速度

5、的觀測精度。同時，在其基礎上進一步分析了永磁同步電機參數攝動對觀測器估計結果幅值與相位的影響；
　　最后，為了進一步提高永磁同步電機調速系統(tǒng)的可靠性，構建了永磁同步電機調速系統(tǒng)混合邏輯動態(tài)模型與滑模電壓觀測器，在此基礎上提出一種無電壓傳感器永磁同步電機逆變器開路故障診斷方法，該方法首先獲取混合邏輯動態(tài)模型提供的先驗電壓信息與電壓觀測器估計電壓信息之間的殘差，然后對電壓殘差進行分析與評價從而提取故障信息，所提方法實現了永磁同步電機逆