基于滑模观测的无感风机负载中低速控制

郑富强,韩 强

(东华大学 机械工程学院,上海 201620)

0 引 言

风机、水泵类器械是通用生产生活工具。据统计,每年风机、水泵类器械电量消耗超过发电总量的30 %,接近工业用电总量的50 %[1]。传统风机负载多采用交流异步电机变频控制,这种方法效率低、噪音大且使用寿命不长。随着对资源节约和噪音控制等要求提高,无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)和永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)逐渐取代交流异步电机成为风机类负载的驱动电机[2]。

无刷电机风机负载无感驱动系统的难点在于启动和速度闭环。电机启动多采用经典的三段式启动,在启动性能要求高的场合会加入初始位置检测。速度闭环控制性能主要取决于转子位置观测的准确性。这类观测算法有滑模观测、高频注入和神经网络等等。快速准确估测出转子位置信息,并及时做出控制响应是中低速运行、大惯量、非线性的风机类负载控制系统需解决的问题。

1 风机类负载与电机建模

风机[3]可定义为:用于气体输送的流体机械,它通过原动电机旋转做功推动气体流动,主要表现为改变气体压强。在一定的转速范围内,风机负载转矩输出Tl，风机风压H与风机的转速ωr的平方成正比关系,可表示成式(1),K1,K2为比例系数,取决于风机负载的具体形态

(1)

在两相静止坐标系(α,β)构建数学模型[4,5],结合电机在两相旋转坐标系(d,q)中的无刷电机电压状态方程,逆帕克变换得

(2)

式中ud,uq为(d,q)坐标系中交直轴定子电压;Ld和Lq为定子电感;id,iq为交直轴定子电流;R为定子电阻;ωe为电角速度;ψm为转子磁链。……