基于参数识别的PMSM无位置传感器矢量控制

  刘稳健,蔡华杰,朱维杰

  (武警工程大学 信息工程系,陕西 西安710086)

  摘  要: 永磁同步电机无传感器矢量控制系统中,需要实现对转子位置及转速的估计。由于电机运行过程中电机参数会发生变化,对电机矢量控制系统造成影响。为提高对转子位置及转速的检测精度,设计了一种改进型的滑模观测器。首先利用遗忘因子递推最小二乘法在线辨识电机参数,然后将电机参数在线辨识值反馈到滑模观测器中,以提高滑模观测器的性能。最后利用simulink进行仿真验证。结果表明,改进后的滑模观测器可以充分克服电机参数变化带来的不良影响,具有优越的性能。

  关键词: 永磁同步电机;电机参数;遗忘因子递推最小二乘法;滑模观测器;矢量控制

0 引言

  随着永磁材料性能的不断提升和电力电子等技术的日益成熟,永磁同步电机(PMSM)由于其自身具有高效率、高转动惯量比、体积小等优势,在相关领域的应用越来越广泛[1]。

  在PMSM矢量控制系统中,电机转子位置的检测是关键一环,只有精确获知转子的位置,整个系统才能平稳运行。现有的PMSM无位置传感器转子位置检测方法主要有:开环算法、观测器估计算法和高频注入法[2]。其中,滑模观测器因其具有性能优越、结构简单、鲁棒性好等优点,受到了相关领域的高度重视[5-8]。

  本文设计了一种新型的位置估计算法,将滑模观测器(SMO)和电机参数辨识结合起来,利用改进的递推最小二乘法在线辨识电机参数,将辨识值反馈到SMO中,以达到提高转子位置检测精度的目的。

1 永磁同步电机数学模型

  永磁同步电机是具有强耦合性的复杂模型,所以在研究中一般将其抽象为简单的数学模型,在dq坐标系下对PMSM建立数学模型如下。

  电压方程:

  

  磁链方程:

  

  其中,ud、uq为d轴、q轴电压分量,Rs为定子电阻值, id、 iq为 d轴、 q轴电流分量,为转子角速度,为定子磁链d轴、q轴分量,Ld、Lq为d轴、q轴电感分量。

2 遗忘因子递推最小二乘法在线辨识电机参数

  最小二乘法是Karl Gauss于1795年提出的,他提出“未知量的最可能值是这样一个数据,它使各次实际观测值与计算值差的平方乘以度量其精度的数值以后所求得的和为最小”[9]。这一估计算法被广泛用于系统辨识和参数估计。最小二乘法的最大缺陷是系统要处理大量数据,所以要完成对电机参数在线辨识的目的有很大困难。为了改进该方法,在此基础上加入递推的思想:

  新估算值旧估算值修正项

  依据此概念可得出递推公式为:

  

  上式中,

  递推思想在定常的参数识别中比较常用,但是在PMSM矢量控制系统中,电机参数(定子电阻值和电感值)不是固定不变的。所以如果采用递推方法,由于数据不断积累,就会造成“数据饱和”现象。为解决该问题,本文引入遗忘因子概念。

  目标函数为:

  

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