永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、永磁同步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高和運行可靠等諸多優(yōu)點在數(shù)控機床、航空航天和機器人研究等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而永磁同步電機是一個強耦合、多變量、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，為了滿足在復(fù)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(shù)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(fù)雜工作環(huán)境下永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，開展基于滑模變結(jié)構(gòu)控制理論的非線性控制策略、擾動自抑制控制技術(shù)、無位置傳感器運行方法及逆變器故障診斷技術(shù)的相

2、關(guān)研究，探討高性能與高可靠性永磁同步電機驅(qū)動控制的實現(xiàn)途徑與策略，具有理論與工程應(yīng)用雙重價值。
　　首先，建立了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型，并對滑模變結(jié)構(gòu)等速趨近律與指數(shù)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(chǔ)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(xiàn)象的同時進一步提高了趨近速度，解決了現(xiàn)有趨近律存在的矛盾問題。給出了基于趨近律的轉(zhuǎn)速與電流滑模控制器設(shè)計方法與過程，構(gòu)建了永磁同步電機滑模調(diào)

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?fàn)顟B(tài)提出了一種擴展滑模擾動觀測器，給出了觀測器參數(shù)選取原則。所提出的擾動觀測器能夠同時對內(nèi)部參數(shù)攝動與外部負載擾動進行準(zhǔn)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(shù)攝動、外部擾動等不確定性對電機控制性能的影響，結(jié)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(fù)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(diào)速系統(tǒng)的抗擾動能力。
　　再次，為增強系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)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(zhuǎn)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，在高階滑模控制與終端滑?？刂苹A(chǔ)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(shè)計，所提出的新型觀測器在有效抑制滑模固有抖振現(xiàn)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(zhuǎn)子位置與速度

5、的觀測精度。同時，在其基礎(chǔ)上進一步分析了永磁同步電機參數(shù)攝動對觀測器估計結(jié)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(diào)速系統(tǒng)的可靠性，構(gòu)建了永磁同步電機調(diào)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(chǔ)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(xiàn)了永磁同步電機逆