基于模型参考自适应控制的永磁同步电机控制方法研究

摘要

伴随着现代电机控制技术、电力电子技术、微电子工艺和计算机控制技术的飞速发展，永磁同步电机交流调速系统在机器人、航空航天、工业自动化等场合得到了广泛应用。然而传统PI控制算法不能满足控制要求日益提高的实际应用场合，特别是在高精度控制领域，PI算法的缺陷日益明显。本文在永磁同步电机矢量控制双闭环调速系统框架下，对模型参考自适应控制理论在永磁同步电机调速系统中的应用作了较为详细的研究。
　　论文首先对目前交流调速系统的发展概况做了简要介绍，并着重分析了永磁同步电机调速系统的控制策略和控制方法。接着介绍了永磁同步电机的数学模型，并建立基于id=0解耦的矢量控制双闭环调速方案。然后通过对模型参考自适应控制理论进行分析，设计了基于模型参考自适应控制的永磁同步电机速度环控制器，并将其与PI控制方案做了对比。实验结果表明所设计的控制器拥有比PI控制器更好的动态、稳态及自适应性能。然后为了提高伺服系统的抗干扰能力，本文基于扰动观测补偿思想，引入了扩张状态观测器，构造了基于模型参考自适应和扩张状态观测器的复合速度环控制器，并对其性能做了详细的对比实验分析。实验结果表明，所提出的复合控制方案对扰动有着更强的抑制能力。最后，为了进一步提升系统的稳态性能，减小稳态速度波动，本文基于内模原理，设计了针对转矩脉动的内模抑制模块，并将其与之前提出模型参考自适应复合控制方法结合，最终得到了能够抑制转矩脉动并且抗干扰能力强的自适应速度控制器。实验结果表明引入了内模抑制模块后，伺服系统能够有效地抑制特定频率的转矩脉动谐波分量，减小了稳态速度波动，提高系统的稳态性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 永磁同步电机的主要控制策略

1．2．1 矢量控制技术

1．2．2 直接转矩控制技术

1．3 永磁同步电机控制算法研究现状

1．3．1 PID控制

1．3．2 自适应控制

1．3．3 滑模变结构控制

1．3．4 模糊控制

1．3．5 神经网络控制

1．3．6 复合控制

1．4 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 引言

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中的数学模型

2．2．2 永磁同步电机在两相旋转坐标系上的数学模型

2．3 基于矢量控制的永磁同步电机双闭环控制系统

2．3．1 矢量控制原理

2．3．2 id=0解耦控制

2．3．3 基于矢量控制和id=0控制的永磁同步电机调速系统框架

2．4 永磁同步电机调速系统实验平台

2．4．1 DSP控制器

2．4．2 永磁同步电机

2．4．3 智能功率电路模块

2．4．4 上位机软件

2．5 小结

第三章 PMSM模型参考自适应控制方案的理论及实验研究

3．1 引言

3．2 模型参考自适应控制原理

3．3 基于模型参考自适应控制的永磁同步电机交流调速系统方案设计

3．4 仿真与实验研究

3．4．1 仿真实现与结果分析

3．4．2 实验实现与结果分析

3．5 小结

第四章 基于模型参考自适应控制和扩张状态观测器的永磁同步电机复合控制

4．1 引言

4．2 基于扩张状态观测器的扰动观测补偿技术

4．2．1 扩张状态观测器设计

4．2．2 扩张状态观测器稳定性分析

4．3 基于MRAC和ESO的复合控制器设计

4．4 仿真与实验研究

4．4．1 仿真实现与结果分析

4．4．2 实验实现与结果分析

4．5 小结

第五章 基于内模原理的PMSM稳态速度波动抑制研究

5．1 引言

5．2 转矩脉动的产生机制

5．3 转矩脉动的抑制策略

5．4 基于内模原理的永磁同步电机转速波动抑制方案

5．4．1 内模原理

5．4．2 基于内模原理的永磁同步电机转速波动抑制方案

5．5 仿真与实验研究

5．5．1 仿真实现与结果分析

5．5．2 实验实现与结果分析

5．6 小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

作者在学期间发表的论文