电机控制 课件 第五章 无位置传感器控制和先进控制技术.pptx

第五章无位置传感器控制和先进

控制技术

5.1无位置传感器控制

O浙江大学电气工程学院

电机控制同步电动机的控制

5.1.1基于滑模观测器的无位置传感器控制

一、滑模控制的基本原理

1.基本原理：根据控制需求，人为设定滑模面，通过结构变换开关，以很高的频率来回切换，使状态的运动点在滑模面上做高速、小幅度的运动，最终运动到稳定点。

2.假设在该状态空间中，存在可确定的控制状态切换点，所有切换点的集合构成一个函数，称为滑模面s(x)=0。

此时对于s(x)0和s(x)0的区域拥有不同的控制函数：

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■起始阶段：趋近模态

s0时，系统在控制函数u+的作用下使s减小；s0时，系统在控制函数u-的作用下使s增大。

■临近滑模面时：滑动模态

通过u+和u-的反复切换调节，系统状态沿着滑模面滑动运动，最终稳定在滑模面s=0上。

电机控制同步电动机的控制

5.1.1基于滑模观测器的无位置传感器控制

一、滑模控制的基本原理

■滑模控制需要满足的三个条件：稳定性、可达性、存在性

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0

s0s0

s=0

电机控制同步电动机的控制

5.1.1基于滑模观测器的无位置传感器控制

二、永磁同步电机电压方程重构

■永磁同步电机两相静止坐标系下的电压方程：

电流前的电感矩阵与转子位置角相关，无法直接用于构造滑模观测器。因此需要对电压方程进行重构。

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电机控制同步电动机的控制

5.1.1基于滑模观测器的无位置传感器控制

二、永磁同步电机电压方程重构

■重构处理

有效反电势

介

电流前的阻抗参数矩阵

中不含转速信息，可被用于转速观测器的构建

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■重构后的电压方程

三、滑膜观测器的设计

1、构造观测器(电流估计)

3、设计滑模面

2、构造误差状态方程：i=i-i

4、设计控制函数

电机控制同步电动机的控制

5.1.1基于滑模观测器的无位置传感器控制

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5.1.1基于滑模观测器的无位置传感器控制

三、滑膜观测器的设计

■稳定性分析

·定义李雅普诺夫方程：

·当V0时，所设计的观测器是稳定的，得到稳定条件：

5.1.1基于滑模观测器的无位置传感器控制

三、滑膜观测器的设计

■锁相环提取转子位置信息

·通过PI调节器将ε调整至0时，可以认为误差被消除，此时转子

信息估测值等于实际值。

8=-2asin(e)+zpcos(θe)

=pym[-cos(θe)sin(θe)+sin(θe)cos(θe)]

=pymsin(θe-θe)≈pym(θe-θe)

sinθe

@e

PI

cosθ

Za

Zβ

E

十

0e

1/s

电机控制同步电动机的控制

5.1.1基于滑模观测器的无位置传感器控制

四、控制框图

·优点：设计简单，鲁棒性强。

·缺点：控制律的反复切换会使系统出现抖振现象。

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we+

Oe

θe

基于滑模控制器无位置传感器控制PMSM

la

k×sgn()

电流环控制器

转速环控制器

电流估计方程

-α

PLL

uaref

ref

up

开关信号

ref

id

ref

lq

a

lβ

调制

Ua

up

ia,i

Vdc

电机控制同步电动机的控制

5.1.2基于模型参考自适应的无位置传感器控制

一、自适应控制的基本原理

■将实际系统的数学模型作为参考模型，人为在外部搭建一个可

调模型，通过自适应律的调节，使其呈现出与参考模型几乎相

同的特性。

输入参考模型

可调模型

自适应律

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十

e

电机控制同步电动机的控制

5.1.2基于模型参考自适应的无位置传感器控制

二、参考模型和可调模型的设计

■参考模型(即电机定子电压方程)

■参考模型简化：=i,u₄=u+,=u₉

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电机控制同步电动机的控制

5.1.2基于模型参考自适应的无位置传感器控制

二、参考模型和可调模型的设计

■构造可调模型

■构造误差状态方程

·I为二阶单位阵

=He-Iw

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电机控制同步电动机的控制

5.1.2基于模型参考自适应的无位置传感器控制

三、自适应律的设计

■常用的自适应律

·Lyapunov自适应律——积分自适应律；

·Popov自适应律——比例-积分自适应律。

·Lyapunov自适应律为Popov自适应律的特例，本章以Popov自适应律为例进行讨论

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电机控制同步电动机的控制

5.1.2基于模型参考自适应的无位置传