文档介绍：硕士学位论文

永磁同步电机伺服系统
速度观测器的研究
RESEARCH ON SPEED OBSERVER OF
PMSM SERVO SYSTEM

刘晓辉

哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:TM341 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开

硕士学位论文

永磁同步电机伺服系统
速度观测器的研究

硕士研究生: 刘晓辉
导师: 王毅教授
申请学位: 工学硕士
学科: 电气工程
所在单位: 深圳研究生院
答辩日期: 2011 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TM341
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Dissertation for the Master Degree

RESEARCH ON SPEED OBSERVER OF
PMSM SERVO SYSTEM

Candidate: Liu Xiaohui
Associate Supervisor: Prof. Wang Yi
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Electrical Engineering
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着电力电子技术的发展和微处理器性能的提高,永磁同步电机伺服系统控
制性能不断提高,被广泛应用于工业生产和国防科研等众多领域。传统的基于旋转
光电编码器的测速方法在低速时存在较大的检测误差,严重影响伺服系统的控制
性能。为了解决传统测速方法存在的问题,本文对速度观测器进行了分析和研究。
针对传统的开环瞬时速度观测器稳定性差,容易受到电机参数变化影响的缺
点。本文以电机转子位置角度观测误差为反馈变量,设计了一种新型的闭环瞬时
速度观测器,通过增加位置反馈闭环提高了速度观测器的抗扰性能。
设计了全阶观测器和降阶观测器两种基于观测器理论的速度观测器,并对它
们进行了对比分析,验证了它们的观测性能以及存在的问题。
针对传统的基于卡尔曼滤波器的速度观测器辨识电机负载转矩速度慢的缺
点,通过结合扰动观测器设计了一个新型的卡尔曼滤波器模型。以电机转子位置
角度和负载转矩作为已知状态变量,对卡尔曼滤波器进行状态更新,提高了观测
器的响应速度和检测精度。
由于卡尔曼滤波器的矩阵运算和参数更新都需要很长的计算时间,会影响伺
服系统的响应速度。为了减少卡尔曼滤波器的计算量,提高观测器的响应速度。
本文设计了一个基于扰动观测器的二阶的卡尔曼滤波器。
本文利用 Matlab/simulink 对上述几种速度观测器设计方案进行了研究和仿真
分析,几种方案在低速时都能够很好的跟踪真实转速,取得了比较理想的效果。速
度观测器理论的发展,必将大大提高交流伺服系统的整体性能。

关键词:永磁同步电机;瞬时速度;状态观测器;卡尔曼滤波器

-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the development of power electronic and the improvement of microprocessor
performance, the control performance of PMSM servo system continues to improve. It
is widely used in industrial production and defence research. The traditional digital
speed detection by optical encoder has big errors when the rotate speed is low. It
seriously impacts the control performance of the servo system. In order