基于模糊滑模控制的永磁电机直接转矩控制系统的研究

摘要

随着永磁材料的飞速发展，永磁同步电机以其高性能、高转矩惯量比、高能量密度在调速系统中得到了广泛的应用。直接转矩控制作为一种高动静态性能的控制策路，直接以转矩作为被控对象，采用砰-砰控制获得快速的转矩响应。它具有控制思想新颖、结构简单、计算量小等特点，降低了电机参数变化对系统性能的影响。但直接转矩控制因其固有控制特性，磁链和转矩存在脉动大的问题，这在一定程度上制约了它的应用和发展。本文对传统的永磁同步电机直接转矩控制存在的脉动问题进行了深入的研究，并在此基础上提出了基于模糊滑模控制的直接转矩控制方法。
　　本文的具体研究内容如下:
　　首先，本文对传统的直接转矩控制结构进行了研究，可知该系统存在磁链、转矩脉动大，开关频率不恒定等问题在于其系统采用磁链、转矩滞环调节器。其次，针对传统直接转矩系统结构存在的不足，本文提出了基于空间电压矢量调制的直接转矩控制方法。该方法利用定子磁链坐标轴上的电压分量控制电机的磁链和转矩，再结合空间矢量脉宽调制技术合成所需的电压矢量。最后，针对PI调节器的缺点，本文又对系统速度调节器进行了改进，采用模糊滑模控制器代替PI调节器。利用模糊控制来对转速差进行辨识在线调节滑模控制指数趋近律的参数，构成模糊滑模调节器。当出现干扰和转矩突变时，根据实际转子速度和给定转子速度的差值调整系统状态向滑模面收敛的速度，防止发生较大的抖振使系统稳定运行，改善了单纯滑模控制器的抖振现象。
　　从仿真结果看，本文所采用的控制方法行之有效，所研究的基于模糊滑模控制的永磁电机直接转矩控制系统大大降低了传统直接转矩控制存在的磁链、转矩的脉动性，改善了系统的动静态性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 永磁同步电机调速系统的相关技术

1．3 永磁同步电机直接转矩控制策略及其特点

1．4 永磁同步电机直接转矩控制系统的发展现状与趋势

1．5 论文的主要研究内容

第2章 永磁同步电机的数学模型

2．1 永磁同步电机的结构及特点

2．1．1 永磁同步电机的结构类型

2．1．2 永磁同步电机的特点

2．2 坐标变换原理

2．2．1 Clarke变换

2．2．2 Park变换

2．3 永磁同步电机的数学模型

2．3．1 永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型

2．3．2 永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型

2．4 本章小结

第3章 永磁同步电机直接转矩控制系统

3．1 永磁同步电机直接转矩控制基本原理

3．2 永磁同步电机直接转矩控制系统的实现方法

3．2．1 空间电压矢量原理及作用

3．2．2 定子磁链的控制

3．2．3 转矩的控制

3．2．4 开关电压矢量的选择

3．3 永磁同步电机直接转矩控制的系统构成及仿真分析

3．3．1 系统构成

3．3．2 直接转矩控制系统仿真分析

3．4 本章小结

第4章 基于空间矢量调制的永磁电机直接转矩控制系统

4．1 直接转矩控制性能分析

4．2 基于SVM的直接转矩控制策略

4．3 空间矢量调制技术

4．3．1 逆变器开关状态与输出电压矢量关系

4．3．2 SVPWM的实现

4．3．3 SVPWM控制算法

4．4 SVM-DTC系统的仿真分析

4．5 本章小节

第5章 基于模糊滑模调节器的永磁电机直接转矩控制系统

5．1 滑模变结构控制

5．1．1 滑模变结构的基本定义

5．1．2 滑模变结构的基本原理

5．1．3 滑模速度控制器的设计

5．2 模糊滑模控制

5．2．1 模糊控制的基本原理

5．2．2 模糊控制器的组成

5．2．3 模糊滑模速度调节器的设计

5．3 系统仿真分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢