基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机的无位置传感器控制

近年来，由于永磁同步电机因为其结构简单、重量轻、体积小、损耗小、效率高以及恒功率运行时有较宽的调速范围等优点，在很多领域都得到了广泛的应用。由于永磁同步电机驱动系统能够满足高性能的要求，广泛运用于数控机床、高精度伺服驱动、航空航天及航海等领域中。 本文根据目前一些电力拖动方面的需要，进行了永磁同步电机基于无位置传感器的调速系统的研究，使得永磁同步电机系统能够在保证调速性能的要求下进一步降低系统成本。论文主要研究了基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机的无位置传感器的矢量控制系统。 首先，论文介绍了永磁同步电机调速系统的研究现状以及发展趋势，了解了电机的结构，推导了坐标变换理论、永磁同步电机的数学模型、永磁同步电机模型的坐标变换以及矢量控制原理，并在此基础上重点介绍了几种常用的矢量控制策略，分析了各种控制方式的优缺点以及适用的场合；同时分析了永磁同步电机的弱磁运行原理及弱磁时的控制方式。 其次，着重介绍了扩展卡尔曼滤波算法（EKF）的详细原理，给出了算法的流程图，在此基础上推导出了永磁同步电机的扩展卡尔曼方程，并且给出了基于扩展卡尔曼滤波的无位置传感器矢量控制的控制系统框图，并且介绍了扩展卡尔曼算法的简化算法。在matlab7.1环境下搭建了系统仿真模型并进行了仿真实验，对论文中所提出的方法进行了论证，并对实验结果进行了研究与分析，同时研究了简化算法。 最后，采用了TI公司专用于电机控制的TMS320F2808型DSP作为系统硬件核心，从各主要功能模块，分类系统的介绍了整个硬件电路原理以及软件控制模块原理的实现方法。硬件部分主要介绍了电流采样、IPM模块及保护模块的原理，软件部分主要介绍了整个系统运行的流程图以及中断处理程序的流程图。在此软、硬件基础上进行了实验。