基于Super-Twisting滑模的永磁同步电机直接转矩控制的研究

摘要

本文对永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）的结构进行了介绍，然后将面装式PMSM作为控制对象在各个坐标系下进行了数学模型分析，并在 MATLAB/Simulink平台下搭建了永磁同步电机的仿真模型。介绍了直接转矩控制（direct torque control，DTC）思想的原理，并对永磁同步电机的实现进行了说明，为后文算法的结合打下理论基础。
　　对空间矢量脉宽调制（Space vector pulse width modulation，SVPWM）技术的原理以及其实现方式进行了详细的介绍说明，然后以直接转矩控制为基础，将 SVPWM结合到 PMSM直接转矩控制中，形成 SVPWM-DTC系统并在MATLAB/Simulink平台下搭建了永磁同步电机的SVPWM-DTC系统的仿真模型。通过仿真实验验证了SVPWM-DTC系统的正确性，同时发现了本系统鲁棒性差的缺陷。
　　对于永磁同步电机的SVPWM-DTC系统的缺陷，提出了一种二阶滑模控制算法——Super-Twisting滑模（Super-Twisting sliding mode，STSM）控制算法，对STSM算法进行了介绍，并以此设计了电磁转矩控制器和定子磁链控制器。将这两个控制器应用到永磁同步电机的SVPWM-DTC系统中，形成STSM-DTC系统并在MATLAB/Simulink平台下搭建了永磁同步电机的STSM-DTC系统的仿真模型。通过仿真实验验证了 STSM-DTC系统的正确性，同时与 SVPWM-DTC系统的仿真结果进行对比分析，证明了对系统改进的有效性。

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1 绪论

1.1 永磁同步电机的研究意义及永磁材料的发展概况

1.2 永磁同步电机调速控制方法及电力电子技术的发展

1.3 本文的主要研究内容

2 永磁同步电机的结构与数学模型

2.1 永磁同步电机的转子结构和特性

2.2 面装式永磁同步电机的数学模型

2.3 永磁同步电机仿真模型的建立

2.4本章小结

3 永磁同步电机的直接转矩控制原理

3.1 电磁转矩的生成

3.2 电磁转矩控制的原理

3.3 永磁同步电机直接转矩控制系统的实现

3.4 本章小结

4 基于空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制

4.1 三相电压型全桥PWM逆变器

4.2 SVPWM的原理

4.3 PMSM基于SVPWM的直接转矩控制系统仿真

4.4 仿真结果

4.5 本章小结

5 基于Super-Twisting滑膜控制的永磁同步电机SVPWM直接转矩控制

5.1 高阶滑模控制理论的简介

5.2 永磁同步电机的STSM-DTC系统

5.3 PMSM基于STSM的直接转矩控制系统仿真

5.4 仿真结果对比分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文的总结

6.2 今后工作的展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文

致谢