无齿轮永磁曳引电机低速运行控制策略研究

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永磁同步电机具有效率高、能够实现低速大转矩等优点,因而常应用于直驱式升降电梯系统中作为曳引机。低速运行性能是永磁曳引机应用中一个重要指标。在曳引机控制系统当中,为保证良好的低速运行性能,通常需要采用高分辨率光电式编码器。随着电梯产品的不断发展,为了降低成本,提高曳引驱动系统产品的市场竞争力,希望将高分辨率绝对式光电编码器替换为低成本的低分辨率增量式光电编码器。然而,位置传感器精度的下降将会给曳引机系统带来平稳性和抗扰动能力降低的问题。因此,本文针对采用低分辨率编码器的永磁曳引系统低速运行过程中平稳性和抗扰性进行研究。首先针对采用低分辨率编码器永磁曳引系统,建立曳引机数学模型及其矢量控制方案。在此基础上,根据曳引机数字控制系统不同测速方法的特点,分析编码器分辨率与测速误差之间的定量关系,阐明低分辨率编码器导致的低速运行性能变差的本质原因,为研究直驱曳引电机驱动系统低速测速方法和抗扰控制策略奠定理论基础。针对低速运行平稳性恶化的问题,按照模型法和非模型法的思路,分别采用连续速度观测器法和最小二乘插值法对测速方法进行优化。构建适用于系统低速运行的连续速度观测器对转子位置和转速进行估计,提升其估计精度,在仿真平台和实验平台上验证该方法能够提升低速运行的平稳性。另外,研究一种基于最小二乘插值法的测速方法,通过对阶梯状位置进行平滑处理,实现抑制转速波动,该方法不依赖于电机的惯量参数,仿真结果验证了方法的有效性。针对低速运行的抗扰动能力,研究适应采用低分辨率编码器曳引机驱动系统的模型预测控制策略。推导控制系统的传递函数,建立转速预测控制模型和控制器结构,并通过根轨迹法分析其稳定性,研究转速预测控制器参数选择的理论依据。通过与传统PI控制器对比,验证所研究预测控制策略在采用低分辨率编码器永磁直驱式曳引系统的有效性,其抗负载扰动能力得到了提升。基于上述理论研究,搭建基于预测控制策略的低分辨率编码器曳引机矢量控制系统Malab/Simulink仿真平台。在仿真平台上对所研究的测速方法和控制策略的有效性进行验证。
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