基于滑模变结构的永磁同步电动机矢量控制技术的研究

摘要

目前，永磁同步电动机以其结构紧凑、效率高、功率因数高、易于散热及维护保养等特点，已经在诸多领域得到广泛应用，并随着研究的深入，技术的革新、新材料的推出，其应用前景十分广阔。滑模变结构控制因为其对系统参数和负载扰动不敏感，鲁棒性好，响应速度快及实现容易的优点已在电力传动领域逐步应用。本文用理论分析和计算机仿真相结合的方法，系统地研究了以永磁同步电动机为执行元件的空间矢量控制和滑模变结构控制。
　　 本文首先回顾永磁同步电动机的发展历史，介绍了永磁同步电动机的现状、发展趋势及控制策略，阐述了永磁同步电动机的基本结构、种类及矢量控制理论，建立了由坐标变换和矢量控制理论出发的永磁同步电动机数学模型，为全文的研究奠定了理论基础；接着分析了用于永磁同步电动机控制的几种控制策略，并详细分析了电压空间矢量原理。在此基础上选取了基于id=0的转子磁场定向矢量控制方式，采用了电压空间矢量脉宽调制技术，利用Simulink和M函数结合的方法建立了永磁同步电动机矢量仿真系统模型，初步验证了该控制方案的可行性。然后针对传统PI调节方法具有超调和对系统负载扰动及传统滑模变结构控制的抖动问题，采用了动态滑模变结构的方法，并利用积分特性消除抖动，通过与传统PI控制比较分析表明动态滑模变结构方法对外界干扰和参数变化具有鲁棒性，系统的动态和静态品质优良，在一定程度上改善了抖动。通过对变指数趋近律分析，设计了基于变指数趋近律的滑模变结构控制器，并进行了仿真，与动态滑模变结构控制仿真对比通过表明该方法提高了系统的快速性，进一步削弱了抖振，且同样具有鲁棒性，验证了策略的正确性。接着设计一种基于模糊滑模控制的速度控制器，其应用模糊控制实现滑模切换部分的控制，建立了采用该控制器的永磁同步电动机转速控制系统的仿真模型，结果表明该控制方法有效地实现了电机的转速跟踪，具有良好的动、静态特性和鲁棒性。最后，搭建了以DSP为控制核心的控制系统，对系统进行了硬件的设计，并且进行了具体的电路分析，为系统的建立，做了起步工作。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 永磁同步电动机的发展历史及研究现状

1.2 永磁同步电机调速系统控制策略

1.3 滑模变结构控制

1.3.1 滑模变结构控制理论的提出及发展

1.3.2 滑模变结构控制在永磁同步电动机控制中的应用

1.4 本文研究的主要内容

第二章 永磁同步电动机数学模型

2.1 永磁同步电动机的基本结构及种类

2.2 永磁同步电动机的坐标变换理论

2.3 永磁同步电动机的数学模型

2.4 永磁同步电动机的状态方程

2.5 本章小结

第三章 永磁同步电动机SVPWM控制仿真研究

3.1 永磁同步电动机的控制策略

3.1.1 电流控制技术

3.1.2 脉宽调制技术

3.2 SVPWM的基本原理

3.3 控制系统模型的建立

3.3.1 永磁同步电机模块

3.3.2 SVPWM产生模块

3.3.3 仿真结果

3.4 小结

第四章 永磁同步电动机滑模变结构控制

4.1 滑模变结构控制原理

4.1.1 滑模变结构控制的定义

4.1.2 滑模变结构控制的基本特性

4.2 永磁同步电机滑模变结构控制器的设计

4.2.1 基于动态滑模面的变结构控制器的设计

4.2.2 基于变指数趋近律的滑模变结构控制器设计

4.3 系统仿真与结果分析

4.3.1 基于动态滑模面的的变结构控制器的PMSM仿真

4.3.2 基于变指数趋近律的滑模变结构器的PMSM仿真

4.4 小结

第五章 永磁同步电动机的模糊滑模变结构控制

5.1 模糊滑模控制器的设计

5.1.1 等效控制的设计

5.1.2 切换控制的设计

5.1.3 控制结构

5.2 系统仿真与结果分析

5.3 小结

第六章 系统硬件设计

6.1 控制系统的硬件设计

6.1.1 DSP控制器

6.1.2 功率电路

6.1.3 检测电路

6.1.4 通讯接口电路

6.1.5 仿真接口电路

6.2 小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A （攻读学位期间发表的论文和参加的科研项目）