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基于改进式观测器的直线游标永磁电机无位置传感器控制技术研究
| 论文题名： | 基于改进式观测器的直线游标永磁电机无位置传感器控制技术研究 |
| 关键词： | 城轨交通车辆;直线游标永磁电机;无位置传感器控制;改进式观测器 |
| 摘要： | 城市轨道交通比起道路交通具有运载量大、占用地表土地面积少、卫生环保和安全性高的诸多优势，是未来城市交通发展的重要方向。而直线永磁电机具有可靠性高、节能和效率高的优点，作为轨道交通的牵引电机具有广阔的发展前景。本文的控制对象是直线游标永磁（Linear vernier permanent-magnet，LVPM）电机。LVPM电机的绕组与永磁体都被集中在初级上，而次级仅仅由作为轨道的铁芯组成，非常适合作为轨道交通系统的牵引电机。在控制策略方面，本文主要致力于LVPM电机的无位置传感器控制研究。本文分析了传统观测器的原理并将滤波器的设计思想应用于改进式观测器的设计。以LVPM电机的反电势与磁链作为状态变量分别设计了两种改进式观测器。并使用锁相环（Phase-locked loop，PLL）工具从状态变量中获得位置角与速度信息，实现了LVPM电机的无位置控制系统。最后，通过仿真与实验研究证明了本文提出的无位置控制算法的有效性。 本文的研究工作主要概述为如下四个部分： 1.分析了LVPM电机的机械结构与电磁特性。在不同坐标系下建立了LVPM电机的数学模型，主要包括电压方程、磁链方程和机械方程。数学模型的建立为LVPM电机的无位置控制垫定了基础。 2.推导了矢量控制和空间矢量脉宽调制技术的基本原理。分析了观测器设计原理，并在传统观测器的基础上进行延伸针对反电势与磁链这两个不同的状态变量分别设计了两种改进式观测器。进一步结合锁相环工具实现了LVPM电机的位置角与速度的估计。 3.使用Matlab/Simulink仿真软件分别构建了基于改进式反电势观测器的LVPM电机的无位置控制系统和基于改进式磁链观测器的LVPM电机的无位置控制系统的仿真模型。并对电机运行的稳态过程和暂态过程，以及观测器对参数变化以及直流偏置的鲁棒性进行了多组对比仿真研究。通过对仿真结果进行对比分析，验证了本文提出方法的可行性。 4.阐述了实验平台的主要硬件设计和软件设计的基本思想。其后，在该实验平台上进行了基于改进式反电势观测器的LVPM电机的无位置控制和基于改进式磁链观测器的LVPM电机无位置控制的实验研究。通过实验研究对LVPM电机无位置控制的稳态性能、暂态性能和抗扰性进行了分析。 |
| 作者： | 蒋阳 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 吉敬华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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