基于滑模变结构的永磁同步电机转速控制

摘要

随着近些年来稀土材料价格的下降，永磁同步电机逐渐成为电机驱动领域的主流，被广泛应用于车辆，航天以及医疗领域。传统的永磁同步电机调速系统一般采用的都是PI控制，然而永磁同步电机是一个强耦合，非线性的系统，使用PI控制很容易受到参数变化以及外界干扰的影响，在一些对速度精度要求较高的场合不能满足系统的要求。而滑模控制则以其较强的鲁棒性开始取代PI被应用于电机的速度控制，并逐渐引起了研究人员关注。
　　本文通过深入研究滑模控制的原理，设计可应用于速度控制的滑模控制器，以改善永磁同步电机的控制性能。主要的研究内容有：
　　搭建永磁同步电机的数学模型，分析矢量控制的实现过程，并按照这一实现过程搭建永磁同步电机的 Simulink仿真模型。针对滑模控制中的抖振问题，本文在分析滑模控制原理的基础上，提出一种改进型等速趋近律。通过与等速趋近律进行比较，分析其削弱抖振的原理并证明改进型等速趋近律的稳定性。最后通过仿真验证其相对于传统PI控制的优越性。
　　针对滑模控制中由于较大的外界干扰而使控制效果变差的问题，本文分析外界干扰对电机控制性能的影响，并提出一种利用扩张状态观测器的方法来估计外界干扰并对干扰做出补偿的滑模控制器，通过仿真对比证明这种方法能够有效的改善控制性能。针对系统转动惯量变化对控制性能影响较大的问题，本文提出一种利用观测器观测转动惯量的方法，然后将观测的转动惯量重新应用于控制器设计中。通过仿真验证转动惯量对实际控制效果的影响，在考虑转动惯量之后，控制效果有很明显的改善。针对本文提出的方法，搭建负载实验台。通过对比实验验证了本文提出方法的有效性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 永磁同步电机矢量控制模型及仿真

2.1 永磁同步电机数学模型

2.2 永磁同步电机矢量控制仿真建模

2.3仿真模型稳态特性分析

2.4 本章小结

第3章 基于滑模变结构的速度控制器设计

3.1 滑模控制的特性

3.2 滑模控制器的设计

3.3 控制器稳定性及控制性能分析

3.4 仿真验证

3.5 本章小结

第4章 基于干扰估计的滑模控制器

4.1 基于外界扰动估计的滑模控制器设计

4.2 基于转动惯量估计的滑模控制器设计

4.3 本章小结

第5章 永磁同步电机转速响应实验分析

5.1 电机负载实验台的搭建

5.2 实验设计

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢