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基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

1.传统滑膜观测器的设计

目前,大多数传统SMO该算法的设计是基于静态坐标系下的数学模型,重写电机的电压方程为: 在这里插入图片描述其中:Ld|、Lq定子电感;we电角速度;p=d/dt,微分算子;Uα、Uβ定子电压,iα,iβ定子电流,Eα,Eβ扩大反电动势(EMF),且满足: 对贴三相PMSM(Ld=Lq=L,) ,打展反电动势的表达式(2)将被间化,为仅与电机的转速有关的变量。当转速较快时,反电动势较大,反之亦然。内置三相PMSM(L.≠L。)从公式(2)可以看出,扩展反电动势的大小不仅与电机转速有关,还与定子电流有关is和定子电流i。的微分pig这意味着电机的负载状态会影响反电动势的扩展。当电机在高速重载条件下运行时,定子电流会发生很大的变化,从而成为扩大反电势畸变的重要组成部分。 由于内置三相PMSM扩展反电动势包括电机转子位置和转速的所有信息,因此只有准确获得扩展反电动势,才能计算电机的转速和位置信息。为了方便应用SMO观察反电动势的扩展,将电压方程改写为电流状态方程形式: 为了获得扩大反电动势的估计值,传统的SMO设计通常如下 其中:iα,iβ定子电流的观测值;uα、uβ控制输入观测器。 滑模控制律的设计: 当观测器的状态变量达到滑模表面时i。=0、ig=0之后,观测器状态将始终保持在滑模表面。根据滑模控制的等效控制原理,此时的控制量可视为等效控制量

2.估计基于反正切函数的转子位置

由于实际控制是一个不连续的高频开关信号,通常需要添加一个低通过滤波器来提取连续扩展反电势估计值,即 然而,在低通滤波处理等效控制量时,在高频切换信号过滤的同时,扩展反电动势的估计值会发生振幅和相位的变化。通常,为了获取转子位置信息,可以通过反正切割函数获得,即 通过(8)滤波处理获得的反电势估计分量会导致相位延迟,延迟会直接.影响转子位置的估计准确性,较小的滤波截止频率会导致较大的相位延迟。为了解决实际应用中的问题,通常需要在公式(9)计算转子位置的基础上增加角度补偿,以弥补低通滤波器延迟效应引起的位置角度估计误差,即 其中:w。为低通滤波器的截止频率。 为了获取速度信息,可以对式(5- 10)进行求微分操作。特别是表贴式三相PMSM,此时,速度估计值的表达式是 综上所述,传统SMO实现算法的原理如图所示 综上所述,基于SMO的三相PMSM如图所示,无传感器控制框图:

3、simulink模拟实现及模块介绍

上图为总框图,仿真时间为0.4s。

3.1、速度环

3.2、电流环(Id和Iq一样)

3.3、SVPWM

PWM开关频率为5kHZ,母线电压为311V 不介绍模拟框图

3.4、universal bridge(逆变器)

3.5、Three-Phase V-I Measurement

Voltage measurement必须要是phase-to-ground。

3.6、PMSM(永磁同步电机)

3.7、mod模块(取余)

3.8、SMO模块(滑模控制)

SMO模块 arctan-function模块

3.9转子实际位置与估计位置仿真图

3.10、转子实际位置与估计位置的误差

3.11、实际转速与估计转速的仿真

3.12、实际转速与估计转速的误差

4、总结


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