交流永磁同步电机高性能电流控制策略研究

摘要

目前，交流永磁同步电机在高端装备制造和工业自动化等领域已经得到广泛应用。为了使永磁同步电机具有高控制性能，就需要提高电机转矩响应特性，即实现电机电流环高响应控制。电流环响应特性与电机参数、电流控制策略、系统实现方式等因素有关。本文针对电流控制环路存在的控制延时问题，从电流控制实现时序策略和电流控制策略两方面，研究控制延时的补偿方法，以提高电流响应速度。
　　本文基于矢量控制系统模型，首先分析了电机实现过程中控制延时的特性，并从频率特性上研究了控制延时对电流环控制性能的影响。在此基础上，本文分析了三种已有电流环任务实现时序方式及其延时特性，给出了延时最优时序策略，并在Matlab/Simulink中搭建了仿真系统，对不同时序策略进行对比分析，仿真结果表明了延时最优时序策略的效果。
　　为进一步提高电流环动态性能，本文将Smith预估器应用于电流环控制。结合控制系统实现方式，本文对基于Smith预估控制的电流环系统频率特性进行了分析。由于Smith预估器的性能依赖系统模型参数，本文讨论了电机参数误差对于Smith预估控制策略的影响。通过仿真研究，表明了Smith预估控制策略的有效性和参数鲁棒性。
　　在此基础上，本文设计了基于ARMcortexM4控制器的交流永磁同步电机控制系统，对上述时序优化策略和Smith预估控制策略的性能进行了对比实验研究。实验结果表明，应用延时最优时序策略，可以有效减小电流环延时；采用Smith预估控制策略，可以预估电流变化，对控制延时进行补偿。两种方案均可以有效提高电流环响应速度，改善电机动态性能。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 永磁同步电机电流控制策略研究与发展现状

1.3 本文研究内容

第二章 永磁同步电机电流环控制模型分析

2.1 永磁同步电机数学模型

2.2 永磁同步电机电流控制策略分析

2.3 本章小结

第三章 电流环时序优化策略研究

3.1 考虑控制延时的电流环控制结构

3.2 电流环控制延时影响分析

3.3 电流环时序方式与优化策略

3.4 电流环时序优化策略仿真研究

3.5 本章小结

第四章 电流环Smith预估控制策略

4.1 Smith预估器原理

4.2 基于Smith预估控制策略的电流环控制结构

4.3 采用Smith预估器的电流环性能分析

4.4 模型参数误差影响分析

4.5 电流环Smith预估控制策略仿真研究

4.6 本章小结

第五章 基于ARM的电机控制系统设计与实验研究

5.1 基于ARM的电机控制系统设计

5.2 时序优化策略与Smith预估控制策略实验研究

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

附录（攻读学位期间发表的论文）