基于非均匀模糊PI控制的永磁同步电机伺服系统研究

摘要

随着微电子技术，电机制造技术，现代电力电子技术，控制理论和计算机技术的快速发展，交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域已成了现代电机伺服驱动系统的一个发展趋势。而永磁同步电机因具有体积小、重量轻、运行可靠、能量转换效率高、调速范围宽、动静态特性好等优点而被广泛应用于各种交流伺服系统中。
　　 控制精度、稳态性能和抗干扰能力是衡量伺服系统整体性能好坏的重要因素，而要使系统有较高的控制精度、稳定性和较强的抗干扰能力，采用合适的控制策略至关重要。优秀的控制策略不但能提高系统的控制精度，同样也能弥补伺服控制系统在硬件方面的不足。因此，对永磁同步电机伺服系统控制策略的研究具有重要的现实意义。
　　 本文首先根据永磁同步电机矢量控制原理在Matlab/Simulink中建立仿真模型，设计了传统PI矢量控制器并应用到永磁同步电机伺服仿真系统中，仿真结果验证了矢量控制的可行性和正确性，但该系统也存在稳态精度不高和抗干扰性不强等缺点。而模糊控制理论利用模糊集合论，把专家的成熟经验和规则有机地融入到控制策略中，根据系统对象参数的变化实时地改变控制参数，能够取得较好的控制效果。本文对模糊控制理论进行了一定的研究，并在此基础上设计了两种模糊控制器（普通模糊PI控制器、非均匀高斯型隶属函数模糊PI控制器），将其应用到了永磁同步电机伺服系统中，建立了系统模型并对其进行了仿真研究，最后通过CCS3．1编写了相应程序以及相关硬件设计，结果表明：基于非均匀高斯型隶属函数模糊PI控制的永磁同步电机伺服系统控制性能与基于普通模糊PI控制器、传统PI矢量控制器及开环控制的永磁同步电机伺服系统相比，具有更好的动态、稳态性能，更强的鲁棒性及更高的控制精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 本课题的研究背景和研究意义

1.2 永磁同步电机的主要控制方式

1.3 模糊控制技术的发展状况和研究对象

1.4 本论文的主要研究内容

第二章 永磁同步电机的数学模型和矢量控制原理

2.1 永磁同步电机的数学模型及坐标变换

2.1.1 永磁同步电机在三相静止坐标系(a-b-c)上的模型

2.1.2 两相静止坐标系上(α-β)的数学模型

2.1.3 两相旋转坐标系(d-q)的数学模型

2.2 永磁同步电机的矢量控制分析

2.3 永磁同步电机矢量控制的Matlab/Simulink仿真

2.3.1 速度PI控制器子模块

2.3.2 坐标变换子模块

2.3.3 SPWM电流跟踪滞环控制子模块

2.3.4 基于传统PI矢量控制的永磁同步电机伺服系统仿真

2.4 本章小结

第三章 永磁同步电机伺服系统的普通模糊PI控制

3.1 模糊控制原理介绍

3.1.1 模糊控制系统组成

3.1.2 模糊控制器

3.2 基于Matlab/Simulink的普通模糊PI控制器设计

3.2.1 普通模糊PI控制原理

3.2.2 普通模糊PI控制器设计

3.3 基于普通模糊PI控制器在永磁同步电机伺服系统中仿真

3.4 本章小结

第四章 基于非均匀模糊策略的永磁同步电机伺服系统的仿真实现

4.1 永磁同步电机伺服控制系统的误差分析

4.2 隶属函数的选择和改进

4.2.1 模糊控制规财的完备性

4.2.2 规则的互作用性

4.2.3 隶属函数的形状对控制性能的影响

4.2.4 高斯型隶属函数宽度的确定

4.3 非均匀模糊控制器中模糊规则表建立和反模糊化输出

4.4 仿真结果

4.5 本章小结

第五章 系统软硬件设计

5.1 TMS320LF2407 DSP介绍

5.2 系统硬件部分介绍

5.2.1 整流滤波逆变电路

5.2.2 功率管驱动电路

5.2.3 电机转速及转子位置检测电路

5.2.4 电压电流检测电路

5.2.5 过流保护电路

5.3 系统软件设计

5.3.1 CCS3.1介绍

5.3.2 软件参数的定标及标么值(PU)设置

5.3.3 系统软件的总体结构

5.3.4 电流、电压、速度和转子位置角检测模块

5.3.5 坐标变换和矢量控制算法模块

5.3.6 速度环非均匀模糊PI控制算法软件实现

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢