PMSM的模糊自调整二自由度控制器的研究

摘要

永磁同步电机(PMSM)伺服系统在柔性制造系统、数控机床、电梯调速等高性能驱动领域的应用十分广泛，由于其自身的结构和运行特点，PMSM的具有很多独特的优点，本文主要从PMSM的数学模型和伺服系统控制器两个方面进行深入的研究。 在运动控制领域中，广泛采用着机理简单、结构改变灵活的常规PID控制方式。但常规的PID控制方式一方面不能兼顾系统对设定值跟踪和干扰抑制两方面的综合要求，另一方面其参数的整定依赖于被控过程的精确数学模型：对被控过程的机理分析的越透彻，建立的数学模型越精确，整定的PID参数越恰当，控制效果也就越好。 然而，PMSM各变量间耦合严重，有很强的非线性和时变性，难以用精确的数学模型描述。针对PMSM的这种实际特点，本文介绍了二自由度PID控制方法，以及先进的智能控制技术—---模糊技术与其有机结合的方法和途径。介绍并提出了几种控制方案，主要包括： (1)针对常规PID控制不能实现控制系统的设定值跟踪特性与干扰抑制特性俱佳的特点，阐述了在伺服系统中运用新型的二自由度PID控制的必要性，并介绍了经过改进的其先进型形式和高级型形式。仿真结果表明这种PID控制方式及其改进形式克服了上述缺点。 (2)把模糊技术与高级的二自由度PID控制相结合，设计了一种基于模糊推理的二自由度PID自调整控制器，实现了在不同状态下，利用模糊推理对PID参数进行在线自动的整定。最后，将该控制器用于PMSM的控制中，进行仿真实验，大量的仿真实验结果表明，该控制器可以克服模型失配，有较强的适应能力和鲁棒性。

目录

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声明

1绪论

1.1永磁同步电动机的发展与现状

1.1.1高性能永磁材料的发展

1.1.2电力电子技术的发展

1.1.3微处理器和计算机技术的发展

1.1.4永磁同步电动机的应用

1.2 PMSM伺服系统控制理论的发展

1.2.1交流调速理论

1.2.2交流伺服系统的新型控制理论

1.3交流永磁同步电动机的控制及存在问题

1.3.1典型永磁同步电动机矢量控制系统

1.3.2基于模型控制系统存在问题

1.3.3 PMSM中二自由度PID控制器研究的必要性

1.4本文的主要工作

2二自由度PID控制系统

2.1常规一自由度PID控制方式

2.1.1 PID控制的基本形式

2.1.2 PID控制器参数的整定方法

2.1.3 PID参数整定的仿真实现

2.1.4传统的(一自由度)PID控制方式的优缺点

2.2二自由度PID控制的基本形式

2.2.1二自由度控制的概念

2.2.2二自由度PID控制系统的几种形式

2.3基于二自由度PID控制方式的仿真实验

2.4改进型及高级型二自由度PID控制

3 PMSM的数学模型及其二自由度控制

3.1永磁同步电动机的基本结构

3.2交流永磁同步电动机的基本方程

3.3交流永磁同步电动机参数和等效电路

3.4 PMSM的矢量控制模型

3.5二自由度PID控制器结构设计

3.6系统仿真与控制效果比较分析

3.7小结

4模糊自调整二自由度PID控制器在PMSM中的应用

4.1模糊控制的基本原理

4.2模糊控制规则的自动调整

4.3模糊自调整控制方案

4.4模糊自调整二自由度PID控制器的原理

4.4.1 PID控制器参数与系统动态响应的关系

4.4.2模糊自调整PID控制器的实现

4.5仿真实验

5结论

参考文献

在学研究成果

致谢