基于模糊扰动观测器的永磁同步电机控制方案研究

摘要

在现代控制理论得到了极大发展的今天，材料技术、功率电子技术、微处理器技术等各类技术的发展，使得永磁同步电机（PMSM）受到极大的关注，广泛应用于工业、军事、航空航天等各个领域。在工业控制领域，线性PI控制仍然占据着工业控制的主流。然而，永磁同步电机的原始模型十分复杂，并且这类电机的工作条件常常十分复杂，不可避免的存在诸如转动惯量等内部参数和负载转矩的变化，这让传统的线性PI控制方案很难满足永磁同步电机在复杂情况下的高性能控制的需求。因此针对永磁同步电机在复杂条件下的先进控制方案的研究具有重要意义。
　　论文首先介绍了PMSM矢量控制的基本原理以及在两相旋转正交坐标系中的数学模型，为方便研究，选择id=0为本文的基础控制策略。针对采用常规PI控制的双闭环PMSM调速系统，分析了整个系统在存在转动惯量和负载变化时系统控制性能的变化情况。其次，针对存在内外部干扰的一类系统，利用模糊系统的万能逼近特性，提出了模糊扰动观测器（FDO），同时在保证观测器稳定的原则上给出了一种新颖的自适应律的设计方法。所设计的模糊观测器能够准确观测包括系统内部参数变化和外部扰动在内的集总扰动，为高性能永磁同步电机调速方案的设计奠定了基础。最后，考虑到滑模控制强鲁棒性的特点，将FDO与之相结合提出了一种基于模糊扰动观测器的高性能滑模速度控制方案（SMC-FDO），并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性。
　　论文通过搭建MATLAB/Simulink仿真平台对所设计的模糊扰动观测器和基于模糊扰动观测器的滑模速度控制方案进行仿真分析，并通过物理实验平台进行实际物理实验以验证所设计方案的可行性。仿真和实验结果表明，所设计的模糊扰动观测器能够迅速准确的观测出系统的集总扰动；相比于传统的滑模控制，基于模糊扰动观测器的滑模速度控制方案有效的抑制了滑模抖振的问题；相比于传统的PI控制，具有更好的动静态性能以及抗内外部扰动的能力。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

2永磁同步电机调速系统基本理论及问题描述

2.1永磁同步电机矢量控制及数学模型

2.2基于PI的双闭环永磁同步电机调速系统问题描述

2.3本文的解决思路

2.4本章小结

3基于模糊逼近的扰动观测器设计

3.1模糊系统理论概述

3.2基于模糊逼近的扰动观测器设计

3.3模糊扰动观测器可行性验证与分析

3.4本章小结

4基于模糊扰动观测器的滑模速度控制方案设计

4.1滑模控制理论概述

4.2基于滑模控制的永磁同步电机速度控制方案

4.3仿真对比验证与分析

4.4本章小结

5实验结果及分析

5.1实验硬件平台介绍

5.2控制系统软件设计

5.3实验结果及分析

5.4本章小结

6结论

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间发表的论文