基于滑模观测器的永磁同步机矢量控制的研究

摘要

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)凭借结构简单、安全稳定性强、结构简单、功率密度高等诸多优越的性能，在国民经济、工业生产以及国防航天航空等众多领域中得到了普遍的应用。滑模变结构控制(Sliding Mode Control，SMC)方法是针对非线性系统最有效的控制方法之一，它对外界扰动与内部参数变动现象表现出非常强的抗干扰性。然而，永磁同步电动机在负载突变工况下，由于本身的多变量、耦合性强的非线性系统特性，受到电流耦合、系统饱和、参数摄动等诸多外部扰动不利因素，直接影响系统控制的性能。
　　本文针对复杂环境下的PMSM系统控制性能下降的问题进行了研究:首先，用矢量控制对PMSM转速、电流双闭环控制的控制策略进行优化设计，降低多变量耦合的非线性特性对系统的扰动影响;第二，研究PMSM在负载突变工况下，引入瞬时转矩闭环反馈的方法对永磁同步电动机控制系统进行优化设计，针对系统控制性能下降问题，对系统饱和、参数摄动等诸多外部扰动不利因素进行优化。第三，将滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO)引入PMSM矢量控制系统中，针对SMC自身具有严重的抖振问题，引入新型趋近率、变增益算法，构建新型SMO，实现对转子实时位置的间接测量，进行抖振抑制和快速响应等方面的算法优化。
　　最后，应用Matlab/Simulink进行实验仿真分析，实验仿真结果表明，PMSM矢量控制系统在电机正常和负载突变运行的两种工况下，SMO在PMSM控制中的速度响应、滑模抖振抑制和应对转速突变等方面的性能，相比于PMSM矢量控制有更加明显的改善，验证了本文提出控制方法的可行性和有效性。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 永磁同步电机研究现状

1．2．2 滑模变结构控制研究现状

1．3 本文主要研究内容及结构安排

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 论文结构安排

1．4 本章小结

第2章 PMSM系统的基本控制理论

2．1 永磁同步电机的基本理论

2．1．1 永磁同步电机的基本结构

2．1．2 永磁同步电机工作原理

2．1．3 几种矢量控制策略的分析

2．2 永磁同步电机数学模型

2．3 滑模变结构控制的基本理论

2．3．1 滑模变结构的定义

2．3．2 滑模变结构控制特性

2．3．3 滑动模态的设计

2．4 滑模变控制的数学模型

2．5 本章小结

第3章 突变负载下PMSM矢量控制系统的研究与设计

3．1 引言

3．2 永磁同步电机矢量控制系统设计

3．2．1 矢量控制系统分析

3．2．2 dq向abc坐标系的转换分析

3．2．3 SVPWM控制原理

3．2．4 电流滞环控制分析

3．3 基于Matlab的PMSM矢量控制系统仿真模型

3．3．1 坐标变换模块

3．3．2 空间矢量SVPWM模块和电流滞环控制模块

3．4 本章小结

第4章 基于SMO的PMSM矢量控制系统的研究与设计

4．1 前言

4．2 基于滑模观测器的永磁同步电机的设计方案

4．2．1 低通滤波器的设计

4．2．2 滑模变结构控制中抖振问题的处理

4．2．3 滑模观测器的设计

4．2．4 转子位置估算法

4．2．5 仿真系统各模块的分析

4．3 本章小结

第5章 基于Matlab的仿真建模与结果分析

5．1．1 仿真结果

5．1．2 突变负载下的试验结果

5．2 基于SMO的PMSM矢量控制系统仿真分析

5．2．1 仿真结果

5．2．2 突变负载运行状态下

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士期间发表论文

附录