基于滑模觀測器的永磁電機轉(zhuǎn)速辨識方法研究
顏會東，年曉紅，何亞屏，張超
(中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，長沙410004)
摘要：設(shè)計了一種新型的基于滑模速度磁鏈自適應(yīng)觀測器的永磁電機轉(zhuǎn)速辨識矢量控制系統(tǒng)，在表貼式永磁電機d-q坐標(biāo)模型的基礎(chǔ)上設(shè)計滑模自適應(yīng)狀態(tài)觀測器來估算電機轉(zhuǎn)速，以電機本身作為參考模型，利用它與電流觀測器的誤差構(gòu)造滑模超平面，得到電流觀測器的收斂條件。運用lyapunov穩(wěn)定性理論，構(gòu)造lyapunov函數(shù)，推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子速度自適應(yīng)辨識率與定子常數(shù)辨識率，將辨識速度作為反饋輸入設(shè)計無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，同時可克服電阻不確定性的影響。仿真結(jié)果表明提出的速度辨識方法具有較強的魯棒性和較高的動靜態(tài)性能，證明了控制策略的正確性與有效性。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(pmsm)；速度辨識；滑模觀測器；模型參考自適應(yīng)；矢量控制
中圖分類號：tm351 文獻標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)05-0045-04
0引 言
無速度傳感器矢量控制的核心問題就是速度辨識，速度辨識方法的效果是影響整個控制系統(tǒng)的一個重要因素。目前，國內(nèi)外對于無速度傳感器的研究主要有直接計算、觀測器基礎(chǔ)上的估算方法、模型參考自適應(yīng)法、基于定子三次諧波電壓的估算、人工智能等方法
本文將滑模變結(jié)構(gòu)控制與自適應(yīng)控制相結(jié)合，在保證系統(tǒng)在抗干擾和參數(shù)變化方面具有高魯棒性的條件下，提出一種新的速度辨識方法，該方法在觀測器和控制器的設(shè)計上都比較容易實現(xiàn)。文中設(shè)計了一個永磁電機的自適應(yīng)速度磁鏈滑模觀測器，并對它進行了分析和仿真試驗。由于定子電流實際上是可測量的信號，仿真結(jié)果表明所提出的辨識方法具有良好酌轉(zhuǎn)矩與磁鏈控制性能及速度響應(yīng)能力。
1 pmsm數(shù)學(xué)模型
本文針對表貼式永磁電機，在如下的假設(shè)條件下：忽略鐵心飽和；不計渦流和磁滯損耗；轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組；永磁材料的電導(dǎo)率為0；相繞組中感應(yīng)電動勢波形是正弦波，得到pmsm在d-g坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型：
說明當(dāng)選擇合適的k與a。值時，可以保證滑模自適應(yīng)觀測器是漸近穩(wěn)定的。
定義磁鏈觀測器為：
2滑模自適應(yīng)觀測器速度辨識率設(shè)計
2.1滑模自適應(yīng)觀測器設(shè)計
在設(shè)計滑模電流觀測器之前，先假設(shè)α為一個未知的連續(xù)量，基于滑模變結(jié)構(gòu)原理給出一個以不連續(xù)參數(shù)和定子電壓電流作為輸入的非線性魯棒觀測器：
即
說明當(dāng)選擇合適的kd和kq時,可以保證滑膜自適應(yīng)觀測器是漸近穩(wěn)定的:
定義磁鏈觀測器為:
從（1）和（4）可以推導(dǎo)磁鏈的動態(tài)誤差：
且有a的誤差導(dǎo)數(shù)為：
2.2速度自適應(yīng)辨識率
基于lyapunov理論來推導(dǎo)自適應(yīng)率，構(gòu)造正定lyapunov函數(shù)：
當(dāng)滿足下面兩個條件時，uw<0，則系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的：
此時便可得機械轉(zhuǎn)速與未知參數(shù)i的辨識率，同 |
