基于泛布尔代数的永磁同步电机控制策略的研究

摘要

永磁同步电机具有功率密度大、运行可靠、能量转换效率高、动静态特性好等优点，在工业上已得到越来越广泛的应用。随着工业控制系统对控制精度、响应速度以及稳定性能等要求越来越高，使得研究合理的控制策略变得至关重要。因此，目前对永磁同步电机伺服系统控制策略的研究是一个热点。 传统的闭环控制多采用的是经典的PID算法，其研究的是线性时不变的控制问题。然而，永磁同步电机是一个具有非线性、强耦合性以及时变性的系统，并且电机参数会随着运行条件而发生改变。因此，传统的固定参数的PID控制器不适合更高精度的控制要求的场合。鉴于此，本文探讨了泛布尔代数应用于永磁同步电机控制策略的方法。 首先介绍了永磁同步电机在d—q坐标系下的数学模型，以永磁同步电机矢量控制为基础，根据泛布尔代数的基本原理，设计了基于泛布尔代数的九点逻辑控制器，无需知道永磁同步电机的精确数学模型，解决了非线性以及时变性的问题，达到算法简单、系统响应速度快的要求。 其次，针对泛布尔逻辑控制器难以消除系统稳态误差的不足，研究了泛布尔逻辑控制与PID控制相结合的控制方法，提出了基于泛布尔代数的PID控制策略，设计并实现了永磁同步电机的泛布尔PID速度控制器，提高了系统的控制性能。 另外，根据复合式光电编码器的原理以及永磁同步电机的启动特性，分析现有永磁同步电机转子位置检测方法的不足，提出了使用复合式光电编码器对永磁同步电机转子初始位置检测及电机启动的方法，实验结果表明，该方法实现了快速启动，有效地解决了永磁同步电机启动难的问题。 最后，从软硬件两方面介绍了控制系统的实现，以TI公司的TMS320F2812数字信号处理器为核心，设计硬件电路，搭建系统实验平台，编写系统控制软件，经过反复调试实验，得到了系统的实验结果。 文章最后对全文进行了总结，并提出下一步工作的展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2永磁同步电机概述

1.2.1永磁同步电机的结构

1.2.2永磁同步电机的特点及其分类

1.3永磁同步电机的控制策略

1.3.1新型PID控制

1.3.2自适应控制

1.3.3滑模变结构控制

1.3.4无传感器控制

1.4本文的主要工作

第2章预备知识

2.1永磁同步电机的数学模型

2.1.1坐标变换

2.1.2数学模型

2.2泛布尔代数基本原理

2.2.1泛布尔代数的基本概念

2.2.2泛布尔代数公理体系

2.2.3泛布尔函数

2.3本章小结

第3章永磁同步电机控制策略

3.1永磁同步电机矢量控制

3.2空间矢量脉宽调制的基本原理

3.3基于泛布尔代数的九点控制

3.3.1九点控制器的原理

3.3.2永磁同步电机泛布尔控制器的设计

3.4基于泛布尔代数的自适应控制

3.4.1 PID控制

3.4.2 PID参数对控制性能的影响

3.4.3泛布尔PID控制器的设计

3.5本章小结

第4章系统实现

4.1系统硬件设计

4.1.1系统硬件总体结构

4.1.2系统主回路

4.1.3电流采样电路

4.1.4转子位置及速度检测

4.1.5 PWM输出驱动

4.1.6电源电路

4.1.7通讯电路

4.2系统软件设计

4.2.1系统软件总体结构

4.2.2主程序

4.2.3转子初始位置检测

4.2.4转子位置与速度计算

4.2.5电流检测

4.2.6坐标变换

4.2.7 SVPWM实现

4.2.8控制器设计

4.3实验结果

4.3.1实验平台

4.3.2 PWM输出波形

4.3.3线电压波形

4.3.4电流波形

4.3.5速度波形

4.4本章小结

第5章结论与展望

5.1全文总结

5.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢