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大功率永磁低速同步电机的无传感器控制

作者:时间:2012-12-14来源:网络收藏

摘要:为了满足大功率(PMSM)在低速运转时实现的需要,研究了一种新型的(SMO)方法。采用SMO对d,q坐标系下的感应电动势进行估算,并结合锁相环(PLL)原理得到转子位置和速度,同时基于Lyapunov函数分析了SMO参数的收敛性,并对滑模增益的选择进行了分析,该方法解决了传统SMO算法在极低速下无法实现的问题。实验结果表明,该方法能准确计算出电机的转子位置和速度,使系统具有良好的稳态精度和动态性能。
关键词:

1 引言
由于传统机械传感器自身存在缺点及局限性,所以无传感器技术已成为调速控制系统的重要研究方向之一。特别是在极低速或静止运行情况下的技术,仍是高性能电机控制的研究难点。SMO由于具有鲁棒性强、动态响应快、设计简单等优点,得到了广泛应用。但传统的SMO算法大都是应用于观测静止坐标系下的反电动势,在低速运行过程中难以稳定运行。
在此直接使用d,q坐标系下的电压/电流方程,用SMO来观测电机的感应电动势,同时结合PLL的优良特性;实时跟踪、估算实际的转子信息,即使电压相角不平衡、谐波较大等条件下,也具有较好跟踪性能。该方法不仅保留了传统SMO算法的优点,同时也克服其缺点。该算法简单、易于工程实现,实验结果进一步证实了其可行性。

2 PMSM无传感器控制
在对PMSM进行建模时,通常先假设:转子永磁磁场在气隙空间分布为正弦波,定子电枢绕组中的感应电动势也为正弦波;忽略定子铁心饱和,认为磁路为线性,电感参数不变;不计铁心涡流与磁滞损耗;转子上无阻尼绕组。基于以上假设,对凸极式PMSM建立d,q坐标系下的数学模型为:
a.JPG
式中:下标d,q分别表示d,q轴分量;ωe为转子电角速度;R为定子电阻;Ed,Eq为d,q坐标系下的电动势,Ed=0,Eq=ωeψf,ψf为永磁体磁链。
2.1 设计
根据式(1),构造SMO方程如下:
b.JPG
式中:k为正常数,决定了SMO的开关增益。
实际应用中可采用饱和函数sat()取代常规SMO中的符号函数sgn(),可有效防止控制器发生抖振,其表达式为:
c.JPG

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