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电动汽车用永磁同步电机驱动系统抗干扰控制策略研究
| 论文题名： | 电动汽车用永磁同步电机驱动系统抗干扰控制策略研究 |
| 关键词： | 电动汽车;永磁同步电机;滑模控制;抗干扰控制;无位置传感器 |
| 摘要： | 由于结构简单、效率高、功率密度高等优势，永磁同步电机（Permanent magnet synchronous machine,PMSM）被广泛应用于电动汽车等工业领域。永磁同步电机具有强耦合、多变量、非线性等特点，加上电动汽车复杂的运行环境造成的参数变化等干扰，使其驱动系统的动态和静态性能受到影响，因此需要设计高可靠性与高性能的永磁同步电机驱动控制算法来解决这些问题。 本文首先分析了永磁同步电机运行中面临的各种扰动，如电机建模误差与参数变化、逆变器误差、外部干扰等。其次，本文分析了永磁同步电机模型和矢量控制系统，研究了控制器参数的设计原则和电流解耦控制方法。然后，结合滑模控制（Sliding mode control,SMC）理论，本文设计了永磁同步电机滑模转速抗干扰控制器，并分析了滑模控制的抖振问题，揭示了传统滑模中趋近速度、抗扰动性能与抖振之间的矛盾。进而本文提出从滑模面设计、优化切换函数/趋近律等方面对控制器进行了改进，推导出永磁同步电机转速环二阶模型，进一步设计了永磁同步电机二阶非奇异终端滑模和超螺旋转速控制器，有效提高了电机控制驱动系统对外部干扰的鲁棒性和动态响应速度。 然后，本研究将永磁同步电机状态方程分为理想模型和不确定干扰两部分进行考虑，并把后者视作永磁电机的扩展状态并构建干扰观测器。进而，研究将观测出的干扰补偿给滑模转速控制器，使驱动系统的抗干扰能力得到了极大地增强，这样滑模控制器的切换增益可以减小，因而降低了抖振问题。本文中设计的干扰观测器包括：基于永磁同步电机运动方程的一阶滑模干扰观测器、基于二阶转速模型的高阶滑模观测器、基于的微分器的干扰观测器、不确定干扰估计器等，经过干扰观测补偿，传统电流控制器的参数依赖性得到消除。 针对恶劣环境下的永磁同步电机传统滑模观测器输出的扩展反电动势精度低、噪声大等缺点，本文提出采用新型高阶滑模对扩展反电动势进行观测，并经过具有良好滤波能力的陷波滤波器进行滤波，这样可以获得良好的扩展反电动势。然后研究采用锁相环方法准确提取出永磁同步电机的转子位置和转速。 最后，本文分析了传统转子磁链观测器的缺点，包括一阶积分器的直流偏移和饱和效应、低通滤波器的幅值衰减和相位偏移等问题。进而，本文提出具有自动滤波能力的二阶广义积分磁链观测器和高阶广义积分磁链观测器，克服了上述传统方法的缺点。其中，高阶广义积分磁链观测器对直流和谐波干扰都具有很强的抑制能力，可准确观测出转子磁链，并实现宽调速范围内的永磁同步电机无位置传感器控制。 |
| 作者： | 蒋亚杰 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 徐伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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