基于自适应反步法的永磁同步电机控制器设计

摘要

永磁同步电机由于其调速范围广、转矩大、转矩脉动小等优点在各个领域中被普遍使用。但是传统的PMSM控制算法忽略了被控对象的非线性行为和外界环境的影响，这样很难保证被控对象在复杂的环境中的稳定性。因此必须能够有效的解决永磁电机的非线性、多参数变化、扰动、谐波和噪声等控制问题，才能进一步提高永磁电机的控制性能。 为了降低固有参数的变化对永磁同步电机的影响，在传统的PID矢量控制模型基础上，将新型的智能控制理论引入到PMSM控制系统中，本文研究了一种反步法与自适应法相结合的控制策略。该方法能够根据自适应参考模型动态修正一些由于未知因素或者随机因素对系统的固有参数带来的扰动，提高系统的鲁棒性。但是常规的自适应反步法，不仅计算量较大、需要设计的参数较多，而且只适用于扼制定子电阻、负载转矩和摩擦系数这三个参数发生变化带来的影响。根据常规的自适应反步法推导过程可以得出，设计控制器的最终目的是补偿交轴电流。因此，本文提出了一种基于q轴电流补偿的控制策略。该控制器能够利用交轴电流动态抑制或消除参数的变化对系统的影响，而且无需引入过多的参数，从而大大的简化计算量。该策略不仅保持了常规算法的性能，而且在定子电感发生变化时，也能保持良好的动静态性能。并引入积分环节，快速调节转速，使被控对象很快进入到稳定状态，且其超调量小。最后针对多参数、不易调节的问题，通过蝙蝠算法优化其相关参数。 仿真结果表明：所设计的自适应反步控制器能够有效降低固有参数变化对系统的影响，快速跟踪速度给定值，使被控系统快速进入稳态。最后开发了整个实验装置，并且基于该实验装置设计了与之相对应的软件系统，实验结果与仿真结果相符，证明了该算法的可行性。

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