基于无位置传感器的水下航行器推进系统研究

马 景，彭志凌，杨 煜，夏 禹，王 英

(中北大学机电工程学院，太原 030051)

0 引言

水下航行器具有体积小、机动性高、活动范围广、稳定性好等特点，是未来探索海洋资源的重要载体，其稳定可靠的运行需要对推进系统进行准确控制。驱动电机是推进器系统的核心部件，航行器在水下探测时情况复杂而多变，振动、冲击、海水腐蚀、温度变化都会对驱动电机的机械式位置传感器造成影响，严重时直接导致失效，为此，研究一种基于无位置传感器的永磁同步电机(PMSM)全速控制方法，对于水下航行有重要意义[1-3]。在无速度传感器控制中，可采用基于基波模型性质的中高速估计法，包括观测器法、扩展卡尔曼滤波法和模型参考自适应法等。此类方法平稳性好，估算精度高，但受基波激励影响很大，零低速时不能提取有用的信号，导致无法检测转速和位置(角度)信息，故不适合零低速的应用场合[4-5]。另一种是采用零低速估计法，由高频信号注入法测得转速和角度信息，但其运算量大，使电机损耗额外增加，特别是需要对逆变器开关频率进行限制，因此不适于中高速场合[6-7]。

为了实现水下航行器推进系统稳定运转，文中研究了一种复合式控制方法，通过速度转换模块，实现低速到高速的平稳切换。电机速度较低时，控制方法为高频脉振电压注入法；中高速时，系统会自动切换为模型参考自适应控制策略。用Matlab中的Simulink模块仿真分析，通过与单一的方法比较，此复合式方法可实现推进电机低速到高速的平稳运行，并能正确估计转速和位置，具有更好的稳态性能。……