基于滑模变结构控制的感应电机矢量控制系统的研究

摘要

随着现代电力电子技术、计算机技术、智能控制技术以及自动控制技术的快速发展，电气传动系统逐步走向智能化控制和数字化控制，这也使得交流调速技术获得了突破性的发展。二十世纪七十年代发展起来的矢量控制技术通过坐标变换可以把交流电机等效为直流电机来控制，从而获得与直流电机调速系统同样优良的动静态性能。但由于交流控制系统本身的非线性、结构的复杂和电机参数变化会影响控制性能，传统的控制无法克服这些影响，将智能控制和非线性控制方法应用于矢量控制可以有效地减少甚至克服这些影响。本文主要研究了滑模变结构控制在感应电机的矢量控制系统中的应用。
　　 本文首先对矢量控制的基本原理进行了介绍。分析了矢量控制的基础坐标变换理论，建立了感应电机的数学模型，并且探讨了矢量控制的主要类别，重点研究了转子磁场定向的矢量控制系统。
　　 滑模变结构控制是一种非线性控制方法，由于其滑动模态对外部摄动及内部参数的变化具有很强的鲁棒性，因此应用十分广泛。但是该性能是在系统状态到达滑模面上才得到，在系统趋近运动阶段，系统控制只是一般的反馈控制，系统此时对外部的干扰和内部参数的变化缺乏自适应性，因此在很大程度上影响了滑模变结构的鲁棒性。
　　 在讨论了常规滑模面滑模控制器的设计之后，又针对如何削弱滑模控制的抖振，如何提高系统的鲁棒性等问题将滑模控制与模糊控制相结合设计了模糊等效滑模控制以及设计了积分滑模面滑模控制器，使系统在趋近段也具有很好的鲁棒性，同时也减弱了系统的抖振问题，具有优良的性能。仿真结果也证明模糊等效滑模控制和积分面滑模控制相比PI控制和常规滑模面滑模控制在启动速度、鲁棒性以及减小转矩脉动方面的具有很大的优势。
　　 为了验证滑模速度控制器在感应电机矢量控制中可靠应用，搭建了感应电机控制试验装置，包括基于MOSFET搭建的逆变器及其驱动电路、电压电流检测电路以及基于DSP2407的控制电路等，对实现控制系统的DSP内部硬件和软件编程进行了简要的说明。最后针对基于MOSFET的逆变器主电路进行了实验研究，并列出了相关实验波形。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1交流感应电机控制技术的发展与现状

1.2常见的交流电机控制技术

1.2.1恒压频比控制

1.2.2磁场定向控制

1.2.3直接转矩控制

1.2.4反馈线性化控制

1.2.5滑模变结构控制

1.2.6智能控制

1.3滑模变结构技术的发展

1.4论文研究的主要内容及结构安排

2感应电机矢量控制的基本原理

2.1引言

2.2坐标变换

2.2.1三相坐标系变换为两相静止坐标系

2.2.2二相静止坐标系变换为二相旋转坐标系

2.3感应电机的数学模型

2.3.1任意两相旋转坐标系下感应电机的数学模型

2.3.2感应电机转子磁场定向矢量控制基本方程

2.4转子磁场定向的感应电机矢量控制系统

2.4.1矢量控制方式的分类

2.4.2感应电机转子磁场定向矢量控制方式

2.5本章小结

3滑模变结构控制理论及其在调速系统中的应用

3.1引言

3.2滑模变结构控制系统的设计

3.2.1系统滑动模态的存在性

3.2.2系统滑动模态的可达性

3.2.3滑模运动的稳定性

3.2.4动态品质分析

3.3滑模变结构控制系统的抖振问题及消除方法

3.3.1抖振产生的原因

3.3.2抖振的消除方法

3.4感应电机矢量控制系统中滑模变结构速度调节器的设计

3.4.1常规滑模面型滑模控制

3.4.2与模糊控制相结合的等效滑模控制

3.4.3积分滑模面型滑模控制

3.5本章小结

4矢量控制系统的仿真分析

4.1引言

4.2基于PI速度控制器的感应电机矢量控制系统的仿真

4.2.1系统总体结构

4.2.2仿真结果与分析

4.3基于常规滑模速度控制器的感应电机矢量控制系统的仿真

4.3.1基于常值切换函数的滑模速度控制器

4.3.2基于比例切换函数的滑模速度控制器

4.4基于模糊滑模速度控制器的感应电机矢量控制系统的仿真

4.5基于积分滑模速度控制器的感应电机矢量控制系统的仿真

4.6滑模速度控制器性能的比较总结

5系统实验装置设计

5.1引言

5.2系统硬件设计

5.2.1主电路的设计

5.2.2驱动电路的设计

5.2.3电压电流检测电路

5.2.4系统核心DSP控制平台

5.3系统软件设计

5.3.1系统主程序和中断程序设计

5.3.2 PI控制的数字化实现

5.3.3滑模控制的数字化实现

5.4部分实验结果

6 总结

6.1本文工作及成果总结

6.2展望

致 谢

参考文献

附录:作者在攻读学位期间发表的论文目录