永磁同步电机交流调速系统抗干扰控制方法研究

摘要

随着电力电子技术、微电子技术、微处理器技术以及电机控制理论的发展，永磁同步电机在交流伺服传动领域得到了广泛的应用，尤其是在机器人、航空航天、机床和工业自动化等高精度控制领域。而永磁同步电机在实际应用中存在着多种由不同因素引起的干扰，这些干扰主要表现为两种形式:周期干扰和非周期慢变干扰。这两类干扰影响了永磁同步电机系统的动静态性能，为了提高系统的性能，本文针对这两类干扰的抑制问题展开了研究。
　　论文首先介绍了当前交流调速系统的发展概况、永磁同步电机的数学模型、永磁同步电机的控制策略与控制方法以及永磁同步电机交流调速系统抗干扰研究现状。接着详细分析了引起永磁同步电机产生稳态波动的转矩脉动的产生机理，并分析出各种机理在永磁同步电机双闭环矢量控制系统中的等效干扰的作用位置与具体作用形式。然后根据各等效干扰的作用位置在速度环和电流环分别设计复合控制器来抑制周期干扰，减小稳态波动。仿真和实验证明，根据永磁同步电机的周期性干扰的不同产生机理，有针对地在速度环和电流环分别设计出嵌入相应的内模补偿环节的控制器，比均在速度环控制器中抑制周期干扰的实验效果要好，能够更有效地减小永磁同步电机的稳态波动。最后，为了能够同时抑制永磁同步电机中的周期干扰和非周期慢变干扰，本文基于内模原理和扩张状态观测器设计了一种能够分别观测非周期慢变干扰和周期性干扰的观测器，便利用该观测器估计出来的扰动量作为前馈补偿量设计出一种复合控制策略。仿真和实验结果证明，我们所设计的观测器可以分别观测出系统中各个周期干扰和非周期慢变干扰，复合控制器亦可以有效地同时抑制系统中的这两类干扰，使系统获得较好的动态性能、抗扰动性能和稳态性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 交流伺服系统的发展概况

1．2 交流伺服电机的主要控制策略

1．3 交流调速系统的控制算法研究现状

1．3．1 改进的PI控制

1．3．2 自抗扰控制

1．3．3 模型预测控制

1．3．4 滑模变结构控制

1．3．5 自适应控制

1．4 永磁同步电机伺服系统抗干扰控制研究

1．4．1 永磁同步电机伺服系统抗千扰控制研究背景

1．4．2 永磁同步电机伺服系统抗干扰控制研究现状

1．5 本论文的工作和内容安排

第二章 永磁同步电机调速系统原理及方案实现

2．1 永磁同步电机的基本结构及种类

2．2 永磁同步电机数学模型

2．2．1 永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型

2．2．2 永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型

2．3 永磁同步电机矢量控制系统

2．3．1 永磁同步电机的电流控制方法分析

2．3．2 基于i*d=0解耦的永磁同步电机矢量控制系统结构

2．4 永磁同步电机伺服系统实验平台

2．4．1 系统硬件组成

2．4．2 软件设计框架

2．5 小结

第三章 永磁同步电机稳态波动产生机理分析

3．1 引言

3．2 转矩脉动产生机理分析

3．2．1 齿槽转矩

3．2．2 磁通谐波转矩

3．2．3 死区效应

3．2．4 电流检测误差

3．3 小结

第四章 基于内模原理的永磁同步电机稳态波动抑制方案

4．1 引言

4．2 基于内模原理的永磁同步电机控制器设计

4．2．1 速度环控制器设计

4．2．2 电流环控制器设计

4．3 闭环抗扰性能与稳定性分析

4．4 扩展到多个频率分量周期干扰的抑制

4．5 仿真与实验验证

4．5．1 仿真结果与分析

4．5．2 实验结果与分析

4．6 抑制较高频率周期干扰的改进方案

4．6．1 不稳定成因分析

4．6．2 相位超前校正

4．6．3 实验结果

4．7 小结

第五章 基于内模原理和扩张状态观测器的永磁同步电机复合控制方案设计

5．1 引言

5．2 基于内模原理和扩张状态观测器的复合控制器设计

5．2．1 单一频率分量周期干扰的抑制

5．2．2 多个频率分量周期干扰的抑制

5．3 仿真与实验验证

5．3．1 仿真结果与分析

5．3．2 实验结果与分析

5．4 小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

作者在学期间科研成果