1、1209转矩扰动补偿回报文档本文档主要完成在MATLAB平台上搭建负载转矩补偿的仿真平台，并在有传感器的情况下，假如转矩扰动，对不同转速和转矩的情况下，得到转速波动的相关情况。为后续的转速补偿提供指导。制作了空调压缩机周期负载扰动拟合曲线，给出了其函数解析的形式。指明了转矩波动对转速影响最大的速度运行区间，制作了不同转速不同转矩的转速波动表格和仿真结果。提出并并给出了相关实验结果的解释。（1）仿真平台的搭建在matlab simulink的仿真平台下完成了PMSM各个模块的搭建包括SVPWM,CLACK,PARK,CLACK逆变换,PARK逆变换,转速、Id，Iq的PID环节,以及滑膜环节。由
2、于滑膜辨识的精度在低速的情况下不甚良好，在低速无传感器情况下我们将采取其他的角度转速辨识方法。（2）转矩负载曲线的拟合一般情况下，转矩曲线的在一个周期内的变化情况下如下图：用matlab的cftool工具对曲线拟合，用三角函数拟合： y5=0 -3.07 -5.78 -7.8 -8.8 -8.8 -7.8 -5.78 -3.07 0 12 24 35 52 71 87 103 109 108 108 107 108 105 105 95 89 80 72 61 50 40 31 23 15 9 4 0General model Sin5: f(x) = a1*sin(b1*x+c1) + a2
3、*sin(b2*x+c2) + a3*sin(b3*x+c3) + a4*sin(b4*x+c4) + a5*sin(b5*x+c5)Coefficients (with 95% confidence bounds): a1 = 81.14 (75.76, 86.51) b1 = 0.008156 (0.007299, 0.009012) c1 = -0.2141 (-0.3633, -0.06493) a2 = 34.54 (29.63, 39.45) b2 = 0.02529 (0.02368, 0.02689) c2 = -3.494 (-3.815, -3.172) a3 = 6.86
4、5 (6.188, 7.542) b3 = 0.04881 (0.04727, 0.05036) c3 = 0.1814 (-0.1742, 0.537) a4 = 3.322 (2.681, 3.963) b4 = 0.07662 (0.07384, 0.0794) c4 = -4.24 (-4.776, -3.704) a5 = 1.67 (1.037, 2.304) b5 = 0.1094 (0.105, 0.1138) c5 = -3.805 (-4.691, -2.92)Goodness of fit: SSE: 31.96 R-square: 0.9996 Adjusted R-s
5、quare: 0.9993 RMSE: 1.205输入量用的是角度，单位是度，Tl=F(),如果写成时间和周期输入的话，将=(t/T)*360替代就可以了。（3）转速负载曲线解决负载转矩波动的问题，主要要解决两个问题，其一是无传感器情况下对转速和角度进行准确的估计，在转速较高的情况下，滑膜能对转速和角度进行比较准确的估测，在低速的情况下运用其他的方法，也能准确的估计，之后再讨论。其二才是设计合适的转矩补偿方法，使在负载转矩周期波动的情况下能够保持转速稳定。在这之前我们要使仿真平台出在合适工作状态，特别是转速，Id，Iq的PID参数，使其即使在没有转速补偿的情况下，也能最大限度的稳定转速。为之后
6、其他的转速补偿方法带奠定基础。所以我们在有传感器情况下做了一组仿真观察从60r/min-1000r/min，转矩从10%-150%的负载转矩的变化情况下，系统的转速的变化情况。最后制作了一张转矩-转速波动表作为参考。在60R/min下做不同转矩的实验，无转矩补偿。电机的额定准据为70N*M.在10%的恒定负载和幅值为10%额定负载情况下转速波动情况分别为：在25%的转定负载和幅值为25%额定负载情况下转速波动情况分别为在50%的转定负载和幅值为50%额定负载情况下转速波动情况分别为在100%的转定负载和幅值为100%额定负载情况下转速波动情况分别为在150%的转定负载和幅值为100%额定负载情
7、况下转速波动情况分别为可见在60r/min的情况下，在不同的转矩的情况下，转速的波动不是很大，大概1r/min-2r/min.在150R/min下做不同转矩的实验，无转矩补偿。电机的额定准据为70N*M.在10%的恒定负载和幅值为10%额定负载情况下转速波动情况分别为：在10%的负载转矩的情况下，转速会有1-2r/min，此时给定转速为150r/minn/n=1%在50%的转定负载和幅值为50%额定负载情况下转速波动情况分别为在50%的负载转矩的情况下，转速会有4r/min，此时给定转速为150r/min, n/n=2.67%在100%的转定负载和幅值为50%额定负载情况下转速波动情况分别为:
8、在100%的负载转矩的情况下，转速会有5r/min，此时给定转速为150r/min, n/n=3.33%在150%的转定负载和幅值为150%额定负载情况下转速波动情况分别为:在150%的负载转矩的情况下，转速会有10r/min，此时给定转速为150r/min, n/n=6.66%.在300R/min下做不同转矩的实验，无转矩补偿。电机的额定准据为70N*M.在10%的恒定负载和幅值为10%额定负载情况下转速波动情况分别为在10%的负载转矩的情况下，转速会有1r/min的波动，此时给定转速为300r/min, n/n=0.3%.在25%的转定负载和幅值为25%额定负载情况下转速波动情况分别为在2
9、5%的负载转矩的情况下，转速会有4r/min的波动，此时给定转速为300r/min, n/n=1.3%.在50%的转定负载和幅值为50%额定负载情况下转速波动情况分别为在50%的负载转矩的情况下，转速会有8r/min的波动，此时给定转速为300r/min, n/n=2.5%.上图显示在50%的恒定负载转矩的情况下，转速会有1.5r/min的波动，此时给定转速为300r/min, n/n=0.5%.在100%的转定负载和幅值为100%额定负载情况下转速波动情况分别为在100%的负载转矩的情况下，转速会有10r/min的波动，此时给定转速为300r/min, n/n=3.3%.幅值为150%额定负
10、载情况下转速波动情况分别为在150%的负载转矩的情况下，转速会有20r/min的波动，此时给定转速为300r/min, n/n=6.6%.在600R/min下做不同转矩的实验，无转矩补偿。电机的额定准据为70N*M.在10%的转定负载和幅值为10%额定负载情况下转速波动情况分别为在10%的负载转矩的情况下，转速会有2r/min的波动，此时给定转速为600r/min, n/n=0.33%.在25%的转定负载和幅值为25%额定负载情况下转速波动情况分别为在25%的负载转矩的情况下，转速会有5r/min的波动，此时给定转速为600r/min, n/n=0.83%.在50%的转定负载和幅值为50%额定
11、负载情况下转速波动情况分别为在50%的负载转矩的情况下，转速会有10r/min的波动，此时给定转速为600r/min, n/n=1.67%.在100%的转定负载和幅值为100%额定负载情况下转速波动情况分别为在100%的负载转矩的情况下，转速会有20r/min的波动，此时给定转速为600r/min, n/n=3.3%.在150%的转定负载和幅值为100%额定负载情况下转速波动情况分别为在100%的负载转矩的情况下，转速会有35/min的波动，此时给定转速为600r/min, n/n=5.83%.在800R/min下做不同转矩的实验，无转矩补偿。电机的额定准据为70N*M.在10%的转定负载和幅
12、值为10%额定负载情况下转速波动情况分别为在10%的负载转矩的情况下，转速会有2r/min的波动，此时给定转速为800r/min, n/n=0.25%.在25%的转定负载和幅值为25%额定负载情况下转速波动情况分别为在25%的负载转矩的情况下，转速会有7r/min的波动，此时给定转速为800r/min, n/n=0.875%.在50%的转定负载和幅值为50%额定负载情况下转速波动情况分别为在50%的负载转矩的情况下，转速会有15r/min的波动，此时给定转速为800r/min, n/n=1.875%.在100%的转定负载和幅值为100%额定负载情况下转速波动情况分别为在100%的负载转矩的情况
13、下，转速会有36r/min的波动，此时给定转速为800r/min, n/n=4.5%.在150%的转定负载和幅值为100%额定负载情况下转速波动情况分别为在150%的负载转矩的情况下，转速会有50/min的波动，此时给定转速为800r/min, n/n=6.25%.在1000R/min下做不同转矩的实验，无转矩补偿。电机的额定准据为70N*M.在10%的转定负载和幅值为10%额定负载情况下转速波动情况分别为在10%的负载转矩的情况下，转速会有2r/min的波动，此时给定转速为1000r/min, n/n=0.2%.在25%的转定负载和幅值为25%额定负载情况下转速波动情况分别为在25%的负载转
14、矩的情况下，转速会有10r/min的波动，此时给定转速为1000r/min, n/n=0.5%.在50%的转定负载和幅值为50%额定负载情况下转速波动情况分别为 在50%的负载转矩的情况下，转速会有13r/min的波动，此时给定转速为1000r/min, n/n=1.3%.在100%的转定负载和幅值为100%额定负载情况下转速波动情况分别为在100%的负载转矩的情况下，转速会有30r/min的波动，此时给定转速为1000r/min, n/n=3%.在150%的转定负载和幅值为100%额定负载情况下转速波动情况分别为在150%的负载转矩的情况下，转速会有200r/min的波动，此时给定转速为10
15、00r/min, n/n=2%.总结上述上述情况做成如下表格转速波动情况60r/min150r/min300r/min600r/min800r/min1000r/min10%1r/min(1.67%)12r/min(0.6%1.3%)12r/min(0.3%0.67%)2r/min(0.3%)2r/min(0.25%)3r/min(0.3%)25%1r/min(1.67%)2r/min(1.3%)4r/min(1.33%)5r/min(0.83%)7r/min(0.875%)10r/min(1%)50%12r/min(1.67%3.3%)4r/min(2.6%)8r/min (2.66%)10
16、r/min(1.6%)15r/min(1.875)20r/min(2%)100%12r/min(1.67%3.3%)5r/min(3.3%)10r/min(3.3%)20r/min(3.3%)36r/min(4.5%)32r/min(3.2%)150%12r/min(1.67%3.3%)10r/min(6.67%)20r/min(6.67%)35r/min (5.8%)50r/min(6.25%)100r/min(10%)规律：在低速的情况下，转速调节器和电流调节器能很好的稳定转矩带来的速度波动，通过仿真发现，转速环的采样频率要尽可能高一点，这样速度环能很好的跟踪转速，不至于带来太大的波动，在
17、转速为300r/min 800r/min的时候 转速开始明显有波动，在1020r/min左右，这个时候要另外加转矩补偿器。由于功率的限制，在1500r/min以上，转矩有限制，否则速度无法跟踪给定。指标分析：在仿真的情况下，很多因素无法考虑，如非线性带来的误差，离散化的误差，还有系统的时延，仿真情况下能达到实际情况未必。低速转矩补偿重点是低速对角度和转速的精确估计。（3）关于转矩补偿 1.卡尔曼滤波观测器 由于 PMSM 转子为永磁体结构，不需额外励磁，在轻载或者空载下，电流测量噪声和干扰影响较大，特别是在低速情况下，严重影响了负载扰动的实时观测。需要设计一种卡尔曼观测器，实时准确地对系统的负
18、载转矩进行观测，利用观测值对负载扰动形成前馈校正环节，对负载转矩的扰动加以补偿。试验表明,该方法能够有效提高 PMSM 交流调速系统的动态性能和抗扰性能。这个滤波器主要是完成对转速信号和角度信号的卡尔曼滤波。消除或者减少其中的系统误差以及采样电流中的噪声误差。输入是速度调节器调节出的Iq信号和转速信号（传感器或者无传感器得到），输出的是补偿转矩。这个补偿转矩通过适当的比例环节可以得到补偿电流，对Iq电流进行补偿。结构框图如下：系统的运动方程如下：Te TL = Jdr / dt + Br电磁转矩方程:Te = 1. 5p( diq qid ) = 1. 5pdiq = Keiq转矩系数: Ke = 1. 5pd = 1. 5pf 2.重复控制
