PMSM仿真及负载状态估计:龙伯格与卡尔曼滤波器应用

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资源摘要信息:"该文档主要介绍了永磁同步电机(PMSM)的仿真技术,以及如何使用龙伯格观测器和不同形式的卡尔曼滤波器进行负载状态估计,同时涉及了矢量控制和坐标变换的理论与应用。文档不仅详细描述了系统模型和参数设置,还解释了如何通过观测器得到的估计信号进行前馈负载转矩补偿,从而提升系统的瞬态响应能力。文档内容覆盖了理论研究和实际应用,是电机控制领域的重要参考资料。" 知识点详细说明: 1. 永磁同步电机(PMSM)仿真 - PMSM电机的工作原理和结构特点,它是如何利用永磁体产生磁场的。 - 仿真技术在PMSM电机研究中的重要性,仿真可以模拟实际工况,减少物理实验成本和风险。 - 仿真过程中电机参数的设定,包括电机的额定功率、转速、电感、电阻等关键参数。 2. 负载状态估计 - 负载状态估计的定义,即通过某种方法实时监控电机在不同负载下的工作状态。 - 龙伯格观测器(Luenberger Observer)的基本原理及其在电机控制中的应用。 - 卡尔曼滤波器的不同形式,包括连续型和离散型卡尔曼滤波器,它们在处理信号噪声和不确定性时的优势。 3. 矢量控制 - 矢量控制的概念,即通过坐标变换将电机的数学模型从静止坐标系转换到旋转坐标系,从而实现对电机磁场和转矩的独立控制。 - 矢量控制的关键技术,包括磁场定向控制(FOC)和转矩控制策略。 - 矢量控制在改善电机性能和动态响应方面的作用。 4. 坐标变换 - 坐标变换的基本理论,包括旋转坐标变换(如Park变换)和逆变换(如逆Park变换)。 - 坐标变换在电机控制中的应用,有助于简化电机模型和控制算法。 - 如何将三相电机参数转换为两相或直轴-交轴(d-q)模型,用于矢量控制。 5. 前馈负载转矩补偿 - 前馈负载转矩补偿的原理,即在控制信号中预先加入负载转矩的影响,以抵消负载变化对电机性能的影响。 - 实现前馈负载转矩补偿的方法,包括如何使用估计的负载状态信息进行补偿。 - 前馈补偿对提高系统瞬态响应的作用,如提升电机的快速性和稳定性。 6. 英文论文复现与中文总结 - 如何查找和理解相关的英文论文,掌握专业术语和研究背景。 - 论文复现的重要性,即复现他人研究成果的验证过程,这有助于加深理解和促进学术交流。 - 中文总结的编写方法,如何将英文论文的关键点和研究结果准确无误地转述给中文读者。 【压缩包子文件的文件名称列表】中提到的"*** 陈龙康"很可能是指某个具体的研究人员或项目编号,但由于缺乏更多上下文信息,无法进一步解读其与文档内容的直接关联。在实际应用中,这样的信息可能用于查找项目资料、研究人员的其他作品或项目报告等。
2019-12-13 上传
在使用PMSM时,转子磁场的速度必须等于定子(电枢)磁场的速度(即同步)。转子磁场和定子磁场之间失去同步会导致电机停转。FOC表示这样一种方法:将其中一个磁通(转子、定子或气隙)视为用于为其他磁通之一创建参考坐标系的基础,其目的是将定子电流解耦为用于产生转矩的分量和用于产生磁通的分量。这种解耦保证了复杂三相电机的控制方式与采用单独励磁的直流电机一样简单。这意味着电枢电流负责产生转矩,而励磁电流负责产生磁通。本应用笔记中将转子磁通视为定子磁通和气隙磁通的参考坐标系。表面安装永磁型PMSM(SPM)中FOC的特殊性在于定子idref(对应于d轴上的电枢反应磁通)的d轴电流参考设置为零。转子中的磁体产生转子磁链Λm,这一点与交流感应电机(AC Induction Motor, ACIM)不同,交流感应电机需要恒定参考值idref来磁化电流,从而产生转子磁链。本章的后面部分将介绍内置式永磁(Interior Permanent Magnet, IPM)型PMSM电机的d轴电流参考。 气隙磁通等于转子磁链的总和。这是由永磁体产生的,电枢反应磁链则是由定子电流产生的。对于FOC中的恒转矩模式,仅d轴气隙磁通一项即等于Λm, d轴电枢反应磁通为零。相反,在恒功率运行中,定子电流中产生磁通的分量(即负id)用于弱化气隙磁场以实现更高速度。在不需要位置传感器和速度传感器的无传感器控制中,面临的挑战是实现一个能够抑制温度、开关噪声和电磁噪声等干扰的稳定速度估算器。当应用对成本敏感时(不允许部件运动),通常需要无传感器控制。例如,使用位置传感器时或在不利电气环境下运行电机时。但是,对于精确控制的要求(特别是在低速情况下)不应视为给定应用的关键问题。位置和速度估算基于电机的数学模型。因此,模型与实际硬件越接近, 估算器的性能就越好。 PMSM数学建模依赖于其拓扑,主要分为两种:表面贴装电机和内置式永磁(IPM)电机。每种电机在不同应用需求方面都有各自的优势和劣势。提出的控制方案已开发用于表面贴装和内置式永磁同步电机。下图所示为表面贴装电机,与内置式PMSM相比,该电机具有低转矩纹波和低成本的优点。由于所考虑电机类型的气隙磁通是平滑的,因此定子的电感值Ld = Lq(非凸极PMSM)以及反电磁力(Back Electromagnetic Force, BEMF)是正弦曲线。