基于SIMULINK的永磁同步电机在伺服系统中的仿真研究

摘要

目前,交流伺服系统在国内外应用越来越广泛,相应的其对性能的要求也越来越高,由于永磁同步电机所具有的自身结构特点和性能,以永磁同步电机为核心的交流伺服系统越来越受到国内外学者的重视。文章将围绕永磁同步电机伺服系统性能展开,对永磁同步电机的三闭环矢量控制进行了系统分析,并进一步探讨了模糊控制理论在永磁同步电机控制中的应用。首先对PMSM的数学模型进行了分析,在此基础上阐明了id=0转子磁场定向控制和空间电压矢量脉宽调制技术的理论知识,为建立的位置、速度、电流三闭环矢量控制系统做好理论基础。然后以Matlab仿真工具,对所建立的三闭环系统进行了系统仿真,证明了该方案的可行性,同时由仿真波形可看出传统的PI的控制性能仍有提升的空间,这是由于PMSM电机自身的非线性所决定了。由此,文章提出了模糊-PI控制器,将模糊控制引入到永磁同步电机的矢量控制中去,由于模糊控制器并不对系统的数学模型有较高的要求,因此有着较强的鲁棒性能,进行仿真实验表明,模糊-PI控制能够融合两者的优点,系统响应快,抗负载干扰能力强,使永磁同步电机伺服系统的性能进一步得到了提高。文章阐明了三闭环永磁同步电机伺服系统的基本原理,将模糊控制引入到电机控制中,对今后研究永磁电机的智能控制,进一步提高伺服系统的性能具有一定的参考价值。

目录

致谢

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 交流伺服系统发展研究概况

1.3 交流伺服系统的发展方向

1.4 交流伺服系统现代控制策略的发展

1.5 永磁同步电动机交流伺服控制系统组成

第二章 永磁同步电机的数学模型

2.1 永磁同步电机结构及种类

2.2 永磁同步电机的坐标变换的基本原理

2.2.1 三相定子坐标系和两相定子坐标系的关系

2.2.2 两相定子坐标系与同步旋转坐标系之间坐标变换

2.3 永磁同步电机的数学模型

第三章 永磁同步电机伺服系统的矢量控制

3.1 永磁同步电机的矢量控制方法

3.1.1 矢量控制的原理

3.1.2 矢量控制的实现

3.2 永磁同步电机矢量控制系统的脉宽调制技术

3.2.1 PWM 原理

3.2.2 SVPWM 控制原理

3.2.3 SVPWM 算法的实现

第四章 基于 SIMULINK 的永磁同步电机矢量控制仿真研究

4.1 空间电压矢量控制伺服系统仿真实现

4.2 各模块的搭建

4.2.1 电流和速度 PI 控制模块

4.2.2 坐标系之间相互转换模块的搭建

4.2.3 SVPWM 的 Matlab 实现

4.2.4 仿真系统的总体结构

4.3 仿真实验

第五章 模糊理论在矢量控制中的应用

5.1 模糊控制系统组成及工作原理

5.1.1 模糊控制系统的组成

5.1.2 模糊控制原理

5.2 参数自整定模糊-PI 控制器

5.2.1 模糊控制器的整体设计

5.2.2 隶属函数和模糊控制规则

5.3 系统仿真

5.3.1 空载启动下永磁同步电机的仿真

5.3.2 系统突加负载仿真分析

第六章 总结和展望

参考文献

作者简历

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