永磁直线同步电机的双滑模观测器的设计
刘智力,俞立
(浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310014)
摘要:针对永磁同步直线驱动系统中存在双时间尺度特性,利用奇异摄动理论将永磁直线驱动系统分解成快变、慢变子系统,对快、慢变子系统分别设计了滑模位置观测器和滑模速度观测器。通过这两个观测器可以只利用便于测量的定子电流和电压来估计永磁直线同步电动机的磁极位置和线速度,消除了传统上使用位置和速度传感器所带来的诸多不利。仿真结果表明,所设计的双滑模观测器不仅能准确地估计磁极位置和线速度,实现无传感器控制,而且在系统模型存在不确定性和测量噪声时仍具有较好的鲁棒性。
关键词:永磁同步直线电机;奇异摄动;滑模观测器;无传感器控制
中图分类号:TM341文献标识码:A
1引言
直线电机无需中间机械变换装置即可产生直线连续的单向或往复式的机械运动,即“零传动”,与传统的旋转电机通过中间转换部件实现的直线运动相比,精度高,响应速度快。具有高精度高可靠性的永磁同步直线电机(PMLSM)实现的直线驱动系统在工业产品中的应用越来越广泛[1,2]。若要实现PMLSM高性能的推力控制需要知道永磁体磁极的位置反馈信息,传统的位置信息检测是通过光栅等位置传感器得到的,但是这些位置传感器机械安装困难,对环境变化敏感,降低了系统的可靠性,而且增加系统的成本和空间。现在无传感器技术已成为高速驱动系统研究的热点问题之一,对于交流同步电机的无位置传感器技术,国内外学者做了许多有价值的研究[3,4],但对于PMLSM无位置传感器控制系统的研究还很少。
滑模模态对参数变化和扰动具有很强的鲁棒自适应性,也是处理非线性系统的重要工具[5、6]。将滑模估计方法用到永磁同步旋转电机的例子很多[7,8],而用到PMLSM上的实例却不多。文献[9]采用了滑模变结构法来估计滑模的速度,然后由积分特性得到电机的位置,在观测器的设计中将直线电机的模型考虑成线性的。
本文考虑永磁直线驱动系统中的双时间尺度的特性,利用奇异摄动理论对PMLSM进行双时间尺度的分解,得到快时变和慢时变两个子系统,在快时变子系统中将速度考虑成不变的量,然后设计了滑模位置观测器,估计出系统的磁极位置。又基于直线电机慢时变系统模型,设计了滑模速度观测器,此方法可以通过数字处理器的软件设计实现高速永磁直线驱动系统无传感器控制。
2 永磁同步直线电动机的数学模型
7 结论
本文利用奇异摄动理论将永磁同步直线电机的系统模型分解为快、慢时变尺度,在两种尺度下分别设计了滑模位置和速度观测器。由于滑模变结构状态对扰动和变参数的鲁棒自适应性,在系统受到较大扰动,模型参数存在一定的摄动时也能够比较准确地估计出磁极位置和线速度,成功地实现了无传感器控制,此方法估计准确,辨识精度高。
|
