基于自适应滤波的同步磁阻电机无传感器控制策略

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同步磁阻电机(SynRM)利用交、直轴之间的磁阻差异便可产生转矩,不需要使用永磁体,显著提高了性价比,因此受到越来越多的关注。对于同步磁阻电机矢量控制系统,准确的转子位置信息是实现励磁和转矩电流解耦控制的关键,位置传感器实现了转子位置的跟踪,同时也导致系统成本提高、可靠性降低及抗干扰能力下降等问题,所以无位置传感器技术已经逐渐成为同步磁阻电机矢量控制方向的关注焦点。功率开关器件的开通、关断延迟、死区时间等因素是造成逆变器非线性的主要原因,逆变器的输出电压因此产生谐波畸变,电机的定子电流也从而出现谐波脉动,并最终引起电机转矩产生脉动,这将使得电机系统的控制性能下降。因此,如何有效地抑制电机转矩脉动并提高电机控制系统的可靠性具有重要的意义。首先,分别给出同步磁阻电机在abc三相、αβ两相和dq两相轴系下的数学模型。此外,基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理,相应的仿真模型根据同步磁阻电机数学模型搭建,采用转速-电流双闭环结构和SVPWM调制环节,实现同步磁阻电机在理想条件(忽略逆变器非线性效应)下的矢量控制。对于同步磁阻电机中高速运行范围的无位置传感器控制系统,采用基于模型法的转子位置观测器观测电机转子位置信息,以实现电机系统的无传感器控制运行。为解决传统滑模观测器中的高频抖振现象,基于不连续符号函数的传统滑模观测器被基于连续正弦饱和函数的改进型滑模观测器替代,可以明显改善抖振现象。设计正交锁相环位置跟踪器处理扩展反电动势观测信息,锁相环近似、归一化的简化有利于转子位置的获取,有效降低转子观测位置误差。搭建相应仿真模型验证基于改进型滑模观测器同步磁阻电机无传感器控制系统。针对逆变器非线性效应引起αβ两相静止坐标系下定子电流1±6k谐波畸变,进而引起dq两相旋转坐标系下定子电流±6k谐波畸变,并最终导致电机输出转矩产生±6k次脉动,研究一种最小均方算法(LMS)的自适应线性神经元(ADALINE)的滤波方法抑制电机转矩脉动。基于自适应算法对输入量特定倍频的谐波分量具有带阻特性,通过多个基于LMS算法的ADALINE滤波器实现对d、q轴电流±6k谐波分量的提取,进而利用电流环负反馈实现对±6k谐波分量的消除,最终降低电机输出转矩脉动,改善控制系统性能。搭建考虑逆变器非线性效应的仿真模型,验证基于LMS算法的ADALINE滤波器抑制电机转矩脉动的有效性。最后,在基于STM32F103VB型ARM芯片的变频器平台上实现了相关控制策略,并在同步磁阻电机-永磁同步电机双电机对拖实验平台上进行实验验证。实验结果表明,在同步磁阻电机无位置传感器控制系统中,基于正弦饱和函数的改进型滑模观测器可以有效改善滑模观测器的高频抖振现象,证明了改进型滑模观测器的有效性;基于LMS算法的ADALINE滤波器可以明显抑制d、q轴电流和电机转矩中的±6k谐波,证明了该方案的有效性。
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