基于模型参考自适应的永磁同步电机速度观测器中PI参数调节方法.pdfVIP

基于模型参考自适应的永磁同步电机速度观测器中PI参数调

节方法

刘小俊;张广明;梅磊;王德明

【摘要】永磁同步电机(PMSM)在有感控制方案中需安装编码器或霍尔传感器,增

加了系统的设计成本,因此,研究PMSM的无感控制方案就显得有必要性.随着现代

控制理论的发展,无传感器技术也日益发展.以磁场定向控制为控制策略,以模型参考

自适应理论为基础,设计了一种速度观测器.侧重用现代控制理论知识分析了观测器

的稳定性,并用传统控制理论知识分析了一种新的观测器中PI调节器参数整定方法.

这种方法具有很强的适应性和移植性.最后,验证了这种方法的准确性和可行性.

【期刊名称】《电机与控制应用》

【年(卷),期】2016(043)007

【总页数】6页(P1-6)

【关键词】永磁同步电机;无感控制;模型参考自适应系统;稳定性;参数整定

【作者】刘小俊;张广明;梅磊;王德明

【作者单位】南京工业大学电气工程与控制科学学院,江苏南京210009;南京工业

大学电气工程与控制科学学院,江苏南京210009;南京工业大学电气工程与控制科

学学院,江苏南京210009;南京工业大学电气工程与控制科学学院,江苏南京

210009

【正文语种】中文

【中图分类】TM341

近年来，随着电力电子技术的发展，交流伺服系统越来越受到人们的关注。其中永

磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM)具有体积小、

效率高、功率密度高等特点，在交流伺服系统中占据着重要的地位，在高性能驱动

系统中得到了广泛的应用[1-3]。目前，PMSM的驱动通常使用磁场定向控制

(FieldOrientedControl，FOC)或者直接转矩控制(DirectTorqueControl，

DTC)。但是，无论是针对哪种控制策略，都需要用到转速和转子位置角信息。当

然，这两个参数知道其中一个即可。目前，对于这两个参数的获取有两种方案，即

有传感器和无传感器。在有感方案中，需要在电机上安装编码器或者霍尔传感器等，

能直接获取位置信息。但这种方案无疑增加了系统的设计成本，适应性也较弱。在

无感方案中，最先提出也是最简单的方法是反电动势法，但是在低速时，反电动势

小导致精度不高。另一种比较成熟的方法是高频信号注入法，这种方法依赖外部激

励，还要求电机本身具有凸极性，在高速时不适用。随着现代控制理论的发展，滑

模观测器、自适应律、卡尔曼滤波器等无感方案也发展起来[4-5]。这些方法对外

部扰动不敏感，鲁棒性好，进而受到越来越多研究者的关注。

模型参考自适应系统(ModelReferenceAdaptiveSystem，MRAS)具有算法简

单、易于在数字控制系统中进行实现、有比较快的自适应速度等优点，已经被提出

并应用在无感PMSM控制中[6]。其速度信息是通过两种不同的模型获取的：一

种是参考模型，即电机本体，其与速度信息无关；另一种是可调模型，即计算模型，

包括速度信息。将两个模型输出量的偏差信号传至自适应机构，自适应机构的输出

为速度信号[7]。从目前研究来看，MRAS方法估计速度信号的重点是可调模型的

建立以及自适应机构中自适应律的构建。这两者关系着估计速度的精度和系统的稳

定性。一般自适应律都包含PI调节器，但是目前很多文献对于PI参数的给定没有

作出详细说明，仅单纯地给个数值。因此，本文对PI调节器的参数问题展开研究。

文献[8-11]给出了MRAS理论用于估计PMSM速度的基本理论知识，讲述了以定

子电流的交轴(q轴)和直轴(d轴)方程为可调模型，以波波夫(Popov)超稳定性理论

构建了自适应律，给本文奠定了理论基础。文献[12]在负载变化的情况下使用

MRAS作无感控制，充分说明了MRAS的鲁棒性好的特点。文献[13]在MRAS理

论的基础上，对比了传统PI、模糊PI及粒子群优化的控制方法，可以看出MRAS

理论的适应性强。文献[14]在MRAS理论基础上，使用模糊控制器来调节观测器

中的PI调节器参数，使得整个系统在很宽的速度范围内具有很