交流永磁同步电机变结构控制器设计与研究

摘要

伺服系统中各控制器的设计是决定系统性能的关键,因此在设计高性能的伺服控制器时通常会采用参数辨识、控制器自适应调节等先进的控制方法。本文以永磁同步电机(PMSM)作为控制对象,以数学建模、仿真分析等作为方法对其进行控制器设计,重点研究了速度环控制器参数辨识及其自适应变结构控制。 首先详细分析了永磁同步电机的数学模型,介绍了几种常用的控制策略,并对其进行比较分析,其次根据永磁同步电机电流环与速度环等效原理以及经典控制理论,设计了电流环、速度环与位置环的比例积分(PI)调节器。在Matlab/Simulink仿真平台下,搭建了伺服系统仿真模型,并且针对经典的比例积分(PI)调节器与带伪微分前馈的比例积分(PDFF)调节器进行仿真分析,初步分析了PDFF控制器的控制性能与参数敏感性。随后,针对速度环的控制器设计进一步研究,使用基于电机运动方程的转动惯量辨识方法对电机的转动惯量进行辨识,并推导出实时的电磁转矩,依据辨识出的转动惯量对速度环控制器的参数进行更新,对电磁转矩进行补偿。深入分析PDFF控制器作为速度环控制器时,其前馈参数对系统性能的影响,通过仿真实验证明,改进后的伺服系统能够依据工况需求改变控制性能,具有更强的鲁棒性。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 全文安排与主要内容

2 永磁同步电机矢量控制原理

2.1 永磁同步电机数学模型

2.2永磁同步电机控制策略

2.3空间脉宽调制原理

3 基于矢量控制的永磁同步电机控制器设计

3.1 基于PI结构的数字控制器

3.2 永磁同步电机调速系统控制器设计

3.3 永磁同步电机位置环控制器设计

3.4 永磁同步电机SIMULINK矢量控制系统仿真

3.5 本章小结

4 永磁同步电机速度环变结构控制研究

4.1 速度环参数辨识

4.2 速度环参数辨识仿真分析

4.3 变结构速度环控制器设计与分析

4.4 本章小结

5 总结

5.1 全文总结

5.2 今后工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的学术论文