无比例积分控制器的永磁同步电机快速控制策略

摘要

随着中国制造2025的提出，高性能的永磁同步电机在高端制造业的应用越来越广泛。为了满足快速发展的制造业对高精尖要求，一种无PI控制器的快速永磁同步电机的控制方式被提出，该方法将速度滑模和电流预测的优点结合起来，形成了一套快速控制的伺服控制系统，提升了系统动态响应性能的同时也增强了系统鲁棒性，该研究在高端制造业领域具有实际的应用价值。 本文以表贴式的永磁同步电机（PMSM）为实验和研究的机型，并且根据三相到两相的转换、静止到旋转的变换原理，导出了不同参考系的数学模型。接着对SVPWM的调制理论做了深入的探讨，对传统的矢量控制的结构做了详细的分析，并完成了一系列的仿真验证。 以模型预测的方式取代电流内环的PI控制器，完成了对电流预测的单、双矢量预测控制以及无差拍预测控制做了详细的理论推导，然后分别对着三种不同的控制策略做了仿真比较。仿真结果表明，三种电流预测方法都有较快的响应速度和较高的稳态和动态精度，其中，无差拍电流预测方式结构较为简单，控制效果更为理想。 以带扰动观测器的滑模控制策略取代速度外环的PI控制策略，系统具有很好的抗干扰能力。本文对积分型滑模做了理论推导，为了适应数字芯片的控制，对滑模做了离散化处理。为了减小滑模的固有抖振和负载对系统带来的干扰，设计了负载转矩滑模观测器作为前馈补偿。通过仿真验证了该种控制方式具有较高的控制精度和较强的鲁棒性。 本文以矢量控制为基础，以永磁同步电机为研究对象，以无差拍电流预测控制器取代PI电流调节器，以带有前馈补偿的速滑模控制器取代PI速度调节器，达到了永磁同步电机高性能的控制目的。实验的结果显示，该种组合控制策略，不仅保证了控制的响应速度，同时给系统带来了较强的抗干扰能力。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 理论意义及实际应用价值

1.2 国内外的发展现状

1.2.1 模型预测控制的发展

1.2.2 滑模变结构控制的发展现状

1.3 论文主要内容

第二章 永磁同步电机的数学模型及矢量控制

2.1 永磁同步电机的结构与工作原理

2.2 永磁同步电机的数学模型

2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型

2.2.2 两相静止坐标系中的数学模型

2.2.3 两相旋转坐标系数学模型

2.3 空间矢量脉宽调制技术

2.3.1 SVPWM基本原理

2.3.2 SVPWM控制算法

2.4 永磁同步电机矢量控制策略

2.5 本章小结

第三章 基于前馈补偿的滑模速度控制

3.1 滑模控制器的设计

3.2 永磁同步电机滑模控制器的设计

(一) 动态滑模控制器的设计

(二) 积分滑模控制器的设计

(三) 离散型积分滑模控制器的设计

3.3 滑模观测器的设计

3.3.1 滑模观测器稳定性分析

3.3.2 滑模观测器结构

3.4 带有滑模观测器的PMSM滑模调速系统仿真

3.5 本章小结

第四章 永磁同步电机模型预测电流控制

4.1 单矢量电流预测控制

4.1.1 评价函数

4.1.2 最优电压矢量选择

4.2 双矢量电流预测控制

4.2.1 非零矢量的选择

4.2.2 矢量作用时间和占空比

4.2.3 矢量顺序

4.3 无差拍电流预测控制

4.3.1 两拍延时补偿电流预测

4.3.2 输出电压调整

4.3.3 转子位置校正

4.4 系统建模与仿真

4.4.1 单矢量电流预测控制

4.4.2 双矢量电流预测控制

4.4.3 无差拍电流预测控制

4.5 本章小结

第五章 基于前馈补偿的永磁同步电机滑模无差拍控制实验测试与结果分析

5.1 仿真实验

5.2 平台实验

5.2.1 实验平台设计

5.2.2 硬件电路设计

5.3 实验结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢