电子科技大学硕士答辩模板

论文题目：专业：答辩人：导师：2012年5月31日硕士学位论文答辩报告提纲1课题背景及研究意义2永磁同步电机电气参数在线辨识3死区对电气参数辨识的影响及补偿方法4永磁同步电机机械参数在线辨识5总结和展望课题背景及研究意义随着伺服技术的发展，利用电力电子器件和DSP芯片来控制的永磁同步电机（PMSM）驱动系统应用越来越广泛。如雷达伺服、家电设备、交通运输、办公自动化、以及电动医疗领域等。1课题背景及研究意义随着永磁同步电机驱动系统应用领域不断扩大，对其提出的性能要求也在不断地提高：高的跟踪精度、快速的跟踪能力、良好的鲁棒性等；为了达到这些性能要求，国内外学者提出了许多先进控制策略，大多控制策略都是依赖于准确的电机参数；精确的电机参数是进行整个控制系统设计、系统稳定性分析及半实物仿真的重要基础；1课题背景及研究意义电机电气参数一般从电机铭牌上获得，电机铭牌参数是离线测试得到的，且伴随着工作环境、运行状况的变化及电机老化，电机实际参数值会不同程度地发生变化。因此电气参数在线辨识具有重要意义。在PMSM驱动系统的应用过程中，存在着电机机械参数与控制器参数相互匹配的问题。比如当负载变化，控制器参数相应作变化；负载出现扰动电机参数的准确辨识关系到电机控制性能，具有重要的现实意义。1永磁同步电机电气参数在线辨识电气参数在线辨识原理：模型参考自适应参数辨识2umyye参数自适应律辨识的参数参考模型(PMSM)可调模型PMSM作为参考模型，PMSM在dq轴的数学模型作为可调模型，可调模型含有待辨识参数两个模型具有相同物理意义的输入输出量参数自适应律在线调整可调参数，使可调模型输出跟踪参考模型输出永磁同步电机电气参数在线辨识参数自适应律的设计：波波夫超稳定理论2①将系统转化为由线性定常前向回路和非线性反馈回路组成的反馈系统；②非线性反馈回路满足Popov积分不等式；③使线性定常前向回路满足严格正实。线性定常前向回路G(s)v非线性反馈回路（）vwu0r永磁同步电机电气参数在线辨识永磁同步电机在dq轴下的数学模型：2需要辨识的电气参数：电阻R、电感L、永磁磁链ψf10010dddfqqqRiiudLLiiuRdtLLL永磁同步电机电气参数在线辨识矢量控制下电气参数之间的关系：2电阻R的值对电感没有影响，电阻R对ψf有一定的影响但是影响比较小，转速ω较高情况下，影响会进一步减小；电感L对R几乎没有影响；ψf对电阻R有一定的影响，转速ω较低情况下，影响会进一步减小；dquLiqqfuRiqfquRi在电机稳态运行时，由电机方程可以得出定子电感、转子永磁磁链和定子电阻简化表达式：永磁同步电机电气参数在线辨识2第一步：当PMSM运行在高转速情况下时，电感L、永磁磁链ψf对电阻值不敏感。因此可以用一个不是很精确的电阻初始估计值来在线精确辨识电感L和永磁磁链ψf。本文提出的PMSM电气参数在线自适应辨识算法主要分为以下两步进行：第二步：当PMSM运行在低转速情况下时，电阻值对电感L和永磁磁链ψf不敏感。因此可以利用已辨识得到的较精确的电感L和永磁磁链ψf反过来辨识定子电阻值R。永磁同步电机电气参数在线辨识2电感和永磁磁链的自适应辨识模型：212112122ˆˆˆˆ()()(0)ˆˆ()(0)ffdqdqggmkksRivRivvuvumnkksvnduqudiqiˆˆ,mnˆˆˆˆ00ˆˆˆˆˆ0dddqqquRmmiiduRmmniidtM永磁同步电机参数自适应律可调模型永磁同步电机电气参数在线辨识2电阻的自适应辨识模型：duqudiqiˆRM永磁同步电机参数自适应律可调模型12ˆˆ=()qhhiekRksLˆˆˆqqfdqdiuRiidtLLL永磁同步电机电气参数在线辨识2仿真结果：永磁磁链和电感的辨识结果(电阻初始值R0=2.5ohm,转速n=2000rpm)00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.500.10.20.30.40.5永磁磁链/Wb00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.500.010.020.030.04时间/s电感/H辨识值真实值辨识值真实值真实值：0.2865Wb辨识值：0.2855Wb真实值：22.5mH辨识值：22.5mH永磁同步电机电气参数在线辨识2仿真结果：电阻的辨识结果(转速n=100rpm)00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.211.21.41.61.822.22.42.62.83时间/s电阻/Ohm辨识值真实值真实值：2.23Wb辨识值：2.2388Wb死区对电气参数辨识的影响及补偿方法3PMSM电气参数辨识需要采集电机输入电压、电机定子电流和电机转速；PIPMSMref*qiqidi*d=0iaibici*qu*duddtcubuduqudiqi已辨识电机参数PISVPWMabcdqabcdqPIEncoderau(ΙΙ)(Ι)ee参数自适应辨识器转速通过编码器采集，电流通过电流传感器采集；电压采集有两种方式：方式一：电压传感器采集；方式二：电流调节器输出值；**dddqqquuuuuu死区对电气参数辨识的影响及补偿方法3死区补偿方法采用基于空间矢量的死区补偿方法；根据转子电角度，补偿三相中某一项的导通时间，以达到补偿三项的目的；电机转子电角度基于矢量空间角度的死区补偿策略补偿方法060e'bonboncomttT60120e'aonaoncomttT120180e'conconcomttT180240e'bonboncomttT240300e'aonaoncomttT300360e'conconcomttTude参数自适应律PMSM可调模型uqud*uq*SVPWMPWM逆变器iest.iact.辨识参数死区补偿死区对电气参数辨识的影响及补偿方法3仿真结果：死区补偿的仿真波形-2-1012(a)A相电流波形/A(b)(c)20[ms/div]-2-1012-2-1012A相电流波形/AA相电流波形/A理想电流波形有死区影响电流波形：电流波形出现削峰和钳位现象死区补偿后电流波形死区对电气参数辨识的影响及补偿方法3仿真结果：永磁磁链、电感辨识波形00.20.40.6(a)电感/H(b)00.010.020.030.04(c)0.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50(d)时间/s永磁磁链/Wb00.20.40.600.010.020.030.04补偿前永磁磁链辩识值：0.3341Wb，真实值0.2865Wb补偿后永磁磁链辩识值：0.2854Wb补偿前电感辨识值：22.65mH，真实值22.5mH补偿后电感辨识值：22.6mH死区对电气参数辨识的影响及补偿方法3仿真结果：电阻辨识波形真实值：2.23ohm辨识值：2.24ohm00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.500.511.522.53时间/s电阻/Ω永磁同步电机机械参数在线辨识4在PMSM驱动系统的应用过程中，存在着电机机械参数与控制器参数相互匹配的问题，当负载转动惯量发生变化，控制器参数相应作变换。负载转动惯量辨识为控制器参数自整定提供了整定依据。负载转矩扰动会影响PMSM驱动系统的动静态性能，比如大型雷达天线会受到风力矩扰动，使转速瞬态降落，给目标的跟踪带来影响。因此，需要引入扰动补偿器对转矩扰动进行补偿。负载转矩辨识可实时辨识出负载转矩为扰动补偿器提供补偿依据。本课题研究的机械参数辨识包括：转动惯量辨识和负载转矩辨识。永磁同步电机机械参数在线辨识4转动惯量辨识原理：基于扰动观测器（DOB）的转动惯量辨识1(1)21(1)()(),(1,2,...)()kTekTekTkTtqdtJkkqtdteTss(1)kTkT(1)kTkTABBAˆ()JknJˆ()Jk1q扰动观测器nJnJ永磁同步电机机械参数在线辨识4转动惯量辨识仿真结果：00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.016时间[s]转动惯量[kg*m2]辨识值真实值真实值：0.01087kg.m^2辨识值：0.01077kg.m^2永磁同步电机机械参数在线辨识4负载转矩辨识原理：降阶龙伯格负载观测器(1)()(1)()(1)()rrrrLLkkkMkNuTkTkˆˆˆ(1)()1()ˆˆˆ(1)()()0()ˆˆˆ0(1)()()TrrrrrrrLLLkkkkMkNuLkkTkTkTk1111211221222212(1)MM()N=(1)MM()N()()0()xkxkuxkxkxkykIxk1()()mxkk2()()()mLkxkTk2222122ˆˆ(1)()ˆ[()()]xkMxkulwkMxk222212211221122121221122(21)()()HpFHFplHFHFHFHFHFH221221122(1)plHFHFH永磁同步电机机械参数在线辨识4负载转矩观测器跟踪负载变化的仿真波形：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-1-0.500.511.522.5时间/s转矩/Nm给定转矩观测转矩时间/s转矩/Nm00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-5-4-3-2-1012345给定转矩观测转矩从阶跃信号和正弦信号的跟踪曲线来看：该负载转矩观测器能够准确的跟踪负载转矩的变化永磁同步电机机械参数在线辨识4负载转矩观测器对速度的观测波形：0204060速度/rpm00.10.20.30.40.50.60.70.80.910204060时间/s445056445056(a)(b)为了研究该负载转矩观测器对速度的观测能力，在仿真模型中对采集的位置信号加入一些白噪声。图（a）为直接微分得到的速度；图（b）为负载转矩观测器观测得到的速度。从图中可以看出，在同样的噪声干扰情况下，负载观测器得到的速度曲线比直接微分得到的速度曲线要平滑很多。负载观测器对位置噪声信号有一定的抑制总结与展望5总结：本文研究了永磁同步电机电气参数在线辨识方法和机械参数在线辨识方法，并对所提的方法进行了仿真验证，为下一步的实际应用奠定了理论基础。展望：电气参数在线辨识算法是在Id=0的矢量控制下推导和设计的，下一步工作中是将该方法作进一步的改进，使其可运用到其它控制算法中；将电机参数辨识算法转化成可执行代码并在电机实验平台上进行实验验证。2012年5月31日