基于四阶滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

论文摘要

永磁同步电机(PMSM)具有高转矩惯性比、高能量密度和高效率等优点,近年来在航空航天、电动汽车、家用电器、工业控制领域得到了越来越广泛的应用。在永磁同步电机(PMSM)矢量控制中,转子位置的精确检测是关键。本文是对基于四阶滑模观测器的永磁同步电机的无位置传感器控制的研究。主要内容如下：首先,简单介绍了坐标变换思想,永磁同步电机在静止坐标系和旋转坐标系下的数学模型及矢量控制原理；在此基础上,对永磁同步电机无位置传感器矢量控制调速方案进行了讨论。其次,详细阐述了滑模观测器原理及在本系统中的应用,建立了一种以电流和反电动势为观测对象的四阶滑模观测器,给出了永磁同步电机基于滑模观测器的无位置传感器调速系统控制结构。建立了基于四阶滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制系统的仿真模型,验证了四阶滑模观测器在实现永磁同步电机的无位置传感器控制中的有效性和合理性。最后,采用TMS320LF2407A芯片设计了控制系统的软、硬件结构等。硬件方面包括控制回路、保护电路及检测电路。软件采用汇编语言及C语言编写,给出了系统主程序及各子程序的流程图。实验得出的初步结果反映了反电动势与转速之间的关系,验证了本文所提算法的正确性与合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及研究意义
• 1.2 永磁同步电动机无位置传感器控制技术概述
• 1.2.1 无位置传感器控制技术的国内外研究现状
• 1.2.2 永磁同步电机的无位置传感器控制方法
• 1.3 滑模变结构控制概述
• 1.3.1 滑模变结构控制的发展史
• 1.3.2 滑模变结构控制理论的研究进展
• 1.3.3 滑模变结构控制在交流传动中的应用
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 永磁同步电机的数学模型及矢量控制原理
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机的坐标变换
• 2.2.2 永磁同步电机在静止体系（ABC）上的模型
• 2.2.3 永磁同步电机在静止坐标系（α-β）上的模型
• 2.2.4 永磁同步电机在旋转坐标系（d-q）上的模型
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制
• 2.3.1 矢量控制基本原理
• 2.3.2 永磁同步电机的矢量控制
• 2.4 空间矢量脉宽调制原理
• 2.5 本章小节
• 第三章 永磁同步电机的无位置传感器控制
• 3.1 引言
• 3.2 转子初始位置检测
• 3.3 滑模观测器算法
• 3.3.1 基本理论
• 3.3.2 转角估算
• 3.3.3 转速估算
• 3.4 四阶滑模观测器算法
• 3.4.1 永磁同步电机扩展模型
• 3.4.2 设计四阶滑模观测器
• 3.5 算法改进
• 3.5.1 滑模增益的改进
• *）函数的改进'>3.5.2 sign（^*）函数的改进
• 3.5.3 低通滤波器的改进
• 3.6 本章小节
• 第四章 永磁同步电机无位置传感器控制系统仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 永磁同步电机无位置传感器控制系统仿真
• 4.2.1 永磁同步电机模块分析
• 4.2.2 SVPWM的仿真实现
• 4.2.3 四阶滑模观测器的仿真实现
• 4.2.4 基于四阶滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统仿真模型
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 空间矢量控制仿真波形
• 4.3.2 无位置传感器算法仿真波形
• 4.3.3 滑模观测器与四阶滑模观测器仿真波形比较
• 4.4 本章小节
• 第五章 永磁同步电机无位置传感器控制的实现
• 5.1 引言
• 5.2 系统硬件设计
• 5.2.1 DSP概述
• 5.2.2 系统硬件设计
• 5.2.3 TMS320LF2407A主控板电路及外围接口电路
• 5.2.4 功率驱动模块
• 5.2.5 检测采样电路
• 5.2.6 保护电路
• 5.2.7 硬件可靠性分析
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 程序整体结构
• 5.3.2 系统主程序
• 5.3.3 中断服务子程序
• 5.3.4 转子位置估算程序
• 5.4 硬件实验的初步结果
• 5.5 本章小节
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书