交流永磁同步电机的速度观测器研究及实现

论文摘要

目前,随着交流永磁同步电动机的广泛应用以及对其驱动器研究的深入,人们对速度反馈精确度要求越来越高。传统光电码盘由于线数的限制已经不能满足高精度下的要求,如果提高光电电码盘的线数又会相应地提高成本。鉴于此,国内外许多学者提出了速度观测器来观测速度。速度观测器具有精度高,可靠性高,实时性强等优点,能满足对真实速度的精确跟踪。但是因其算法比较复杂,曾一度限制了它在工程上的应用。近年来由于计算机技术的讯速发展和数学信号处理器(DSP)技术处理数据能力的增强,为观测器的应用提供了可能。目前,观测器已在许多领域获得了良好的应用。本文首先根据永磁同步电动机的数学模型,对永磁同步电动机进行数学建模,在坐标变换的基础下完成电流环和速度环的设计。根据控制原理建立全阶状态观测器,Kalman滤波观测器。通过Matlab里的工具箱Simulink对上述模型进行仿真,并和码盘微分时测得的速度相对比,发现Kalman滤波观测器能很好地改善系统的动态性能和提高系统速度的精度。在仿真的基础上,我们在驱动系统的硬件平台上对Kalman滤波观测器进行验证,用上位机显示速度反馈值,证实Kalman滤波观测器确实有改善系统动态性和提高精度的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的研究目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 交流永磁同步伺服系统在国内外研究现状
• 1.3.2 永磁同步电机检测速度的方法及现状
• 1.4 课题主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 永磁同步电机数学模型及其空间矢量控制
• 2.1 永磁同步电动机数学模型
• 2.2 双闭环调速系统
• 2.2.1 电流环调节器的设计
• 2.2.2 速度环调节器的设计
• 2.3 SVPWM系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 速度观测器
• 3.1 全阶状态观测器
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 速度观测器的设计
• 3.2 Kalman滤波原理
• 3.2.1 Kalman 滤波观测器建模
• 3.2.2 带有全阶观测器的Kalman滤波观测器建模
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统的建模和仿真
• 4.1 SVPWM的建模
• 4.2 速度观测器建模与仿真
• 4.2.1 全阶速度观测器建模与仿真
• 4.2.2 Kalman 滤波观测器建模与仿真
• 4.2.3 带有全阶观测器的Kalman滤波观测器建模与仿真
• 4.3 本章小结
• 第5章 永磁同步电机驱动的实现
• 5.1 永磁同步电机驱动硬件系统
• 5.2 软件实现
• 5.3 实验与分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学位论文
• 致谢