基于SMO的感应电机无速度传感器低速性能提升方法研究

作     者：邱伟杰 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：车海军;吕金

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：感应电机 无速度传感器 滑模观测器 变速趋近律 转速辨识 定子电阻在线辨识 

摘      要：感应电机(Induction Motor,IM)由于成本低廉、结构简单和易于维护等优点被广泛应用于冶金、纺织等领域。大力发展高性能变频调速技术,能够有效推进节能减排。要实现感应电机的高性能调速控制,需要准确的转速信息并对其进行闭环控制。转速信息可以通过安装编码器的方式获取,这种方法具有精度高、响应速度快和性能好的优点。然而,编码器的安装导致系统成本增加,并且该方法的应用场景有限。因此,无速度传感器矢量控制技术应运而生。但是,感应电机在低速工况下稳定性下降,此外,还存在转速辨识精度低以及对电机内部参数敏感等问题。因此,本文针对感应电机在低速工况下存在的上述问题进行了研究。当感应电机运行在低速时,基于滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO)的感应电机无速度传感器矢量控制系统稳定性较低,观测器收敛速度不可控,且容易出现抖振现象,原因在于切换函数采用了符号函数。本文分析其动态性能存在缺陷的根本原因,利用趋近律的思想设计滑模观测器,考虑状态点到达滑模面的运动轨迹,提出了一种基于变速趋近律的滑模观测器,其中包含定子电流辨识误差,使得状态变量可以动态跟随系统变化,自适应调节趋近速率,并在削弱系统抖振的同时提高系统的动态响应速度。同时,为了解决感应电机低速运行时转速辨识精度下降的问题,提出了一种转速辨识误差补偿方法,以进一步提高辨识精度。定子电阻失配也是导致观测器性能下降的一个重要问题。本文分析了定子电阻失配对观测器估计转子磁链和定子电流的影响,考虑将定子电阻在线辨识与滑模观测器相结合来消除这一影响。设计了一种新型的定子电阻在线辨识方法,该辨识方法仅需定子电流误差,就能够准确辨识定子电阻,并且将辨识的定子电阻值反馈至观测器中参与运算,实现了定子电阻和转速同时辨识,从而减小了转速辨识误差,抑制了电磁转矩和定子电流波动,并且提高了辨识转速的收敛速度。