Разработка системы бездатчикового векторного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами в Matlab Simulink
- 1 — д-р техн. наук профессор Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
- 2 — ассистент Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Аннотация
В последние 20 лет растет доля электропривода с использованием синхронных двигателей с постоянными магнитами. Данный тип двигателей обладает лучшими техническими показателями по сравнению с асинхронными двигателями, однако имеет ряд сложностей в реализации, одной из них является необходимость получения информации о положении ротора. Это можно сделать с использованием датчиков или без них, посредством наблюдателя состояния двигателя. В статье рассмотрены проблемы бездатчикового управления синхронным двигателем с постоянными магнитами. Описана система векторного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами с использованием наблюдателя состояния. Показан синтез наблюдателя скорости и положения ротора, работающего на скользящих режимах. Алгоритм реализован посредством создания модели в среде Matlab Simulink с использованием блоков поддержки процессоров Texas Instruments. Проведено опытное сравнение результатов вычисления угла положения ротора наблюдателем и данных, полученных с использованием датчиков положения ротора. Целью работы является получение алгоритма управления, обладающего достаточной точностью вычисления угла положения ротора, широким диапазоном регулирования скорости и устойчивостью к дрейфу параметров двигателя.
Литература
- Буров В.Н. Силовая электроника: Полупроводниковые преобразователи для управления асинхронными двигателями и их энергетические показатели: Учеб. пособие / В.Н.Буров, В.Я.Фролов. СПб: Изд-во Политехнического университета, 2014. 106 с.
- Жилиготов Р.И. Векторное управление бесколлекторным двигателем постоянного тока / Р.И.Жилиготов, В.Я.Фролов // Неделя науки СПбПУ: Материалы научной конференции с международным участием / Институт энергетики и транспортных систем. Ч. 2. СПб: Изд-во Политехнического университета, 2016. С. 160-162.
- Фролов В.Я. Силовая электроника: Учеб. пособие / В.Я.Фролов, В.В.Смородинов, С.Г.Зверев. СПб: Изд-во Политехнического университета, 2011. 280 с.
- An extended electromotive force model for sensorless control of interior permanent magnet synchronous motors / Z.Chen, M.Tomita, S.Doki, S.Okuma // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2003. Vol. 50. N 20. P. 288-295.
- Drakunov S.V. Sliding-Mode Observers Based on Equivalent Control Method // Proceedings of the 31st Conference on Decision and Control. Tucson, Arizona. 1992. P. 2368-2369.
- Edwards C. A sliding-mode control observer based FDI scheme for the ship benchmark / C.Edwards, S.K.Spurgeon // European Journal of Control. 2000. Vol. 6. P. 341-356.
- Edwards C. On the development of discontinuous observers / C.Edwards, S.K.Spurgeon // International Journal of Control. 1994. Vol. 59. P. 1211-1229.
- Edwards C. Robust output tracking using a sliding-mode controller/observer scheme / C.Edwards, S.K.Spurgeon // International Journal of Control. 1996. Vol. 64. P. 967-983.
- Edwards C. Sliding Mode Control: Theory and Applications / C.Edwards, S.K.Spurgeon. Taylor & Francis, 1998. 237 p.
- Edwards C. Sliding-mode observers for fault detection / C.Edwards, S.K.Spurgeon, R.J. Patton // Automatica. 2000. Vol. 36. P. 541-553.
- Edwards C. Sliding-mode output tracking with application to a multivariable high temperature furnace problem / C.Edwards, S.K.Spurgeon // International Journal of Robust and Nonlinear Control. 1997. Vol. 7. P. 337-351.
- Estimation of rotor position and speed of permanent magnet synchronous motors with guaranteed stability / R.Ortega, L.Praly, A.Astolfi, T.Lee, K.Nam // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2010. N 99. P. 1-13.
- Janiszewski D. Extended Kalman Filter Estimation of Mechanical State Variables of a Drive with Permanent Magnet Synchronous Motor // Studies in Automation and Information Technology. 2004. Vol. 28/29. P. 79-90.
- Pacas M. Sensorless drives in industrial applications // IEEE Industrial Electronics Magazine. 2011. Vol. 5. N 2. P. 16-23.
- Pillay P. Modeling of permanent magnet motor drives / P.Pillay, R.Krishnan // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1988. Vol. 35. P. 537-541.
- Sensorless control strategy for salient-pole PMSM based on extended EMF in rotating reference frame / S.Morimoto, K.Kawamoto, M.Sanada, Y.Takeda // Proc. 2001 IEEE IAS Annual Meeting. 2011. Vol. 4. P. 2637-2644.
- Trzynadlowski A.M. Space vector PWM technique with minimum switching losses and a variable pulse rate / A.M.Trzynadlowski, R.L.Kirlin, S.F.Legowski // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1997. Vol. 44. N 2. P. 173-181.
- Utkin V.I. Sliding Mode Control Design Principles and Applications to Electric Drives // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1993. Vol. 40. P. 23-36.
- Utkin V.I. Sliding Mode Control in Electromechanical Systems / V.I.Utkin, J.Guldner, J.Shi. Taylor & Francis. 1999. 325 p.
- Utkin V.I. Sliding Modes in Control Optimization. Berlin: Springer-Verlag, 1992. 286 p. DOI: 10.1007/978-3-642-84379-2
- Utkin V.I. Variable structure systems with sliding-modes // IEEE Transactions on Automatic Control. 1977. Vol. 2. P. 212-222.
- Yan Z. Sliding mode observers for electric machines-an overview / Z.Yan, V.Utkin // Conf. Rec. IEEE-IES 28th Annual Meeting IECON 2002. Vol. 3 (2002). P. 1842-1847.