基于模糊自适应PID控制的永磁同步电机调速系统研究

摘要

本文以永磁同步电机为控制对象来研究其调速性能,考虑到永磁同步电机具有非线性、强耦合、多变量等特点,而传统的控制器设计已不能满足交流调速系统的更高性能的驱动要求,本文在传统 PID控制基础上提出的一种改进型的模糊技术。该技术可以改善传统的 PID控制品质,增强系统灵活性和适应性,有效提高永磁同步电机交流调速系统性能。论文的主要研究工作和成果如下:
　　(1)利用坐标变换建立了永磁同步电机在三相静止坐标系下和两相旋转坐标系下的数学模型,采用id=0的矢量控制策略及电流环和转速环的双闭环控制方案,以电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)为调制算法,在此基础上对矢量控制原理、SVPWM原理及其控制算法的设计与实现进行了详细的分析。
　　(2)为了有效提高永磁同步电机PID调速控制系统的性能,研究了一种模糊自适应转速控制器设计方法。利用MATLAB/simulink软件建立了基于SVPWM的永磁同步电机模糊逻辑调速系统仿真模型,对电流环和转速环分别采用 PID控制、模糊自适应PID控制的 PMSM系统进行了仿真,仿真结果验证了模型的正确性和控制算法的有效性。
　　(3)选用德国Infineon公司的XE164芯片和功率驱动模块6ED003L06F,并设计了完善的外围电路,完成系统的硬件设计。系统软件设计采用 C语言和模块化的程序思想。并搭建了软硬件测试平台。实验结果表明,模糊自适应 PID控制算法更能使调速系统具有良好的动、静态特性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 永磁同步电机的调速方法

1.4 本文的主要研究内容及章节安排

第二章 永磁同步电机矢量控制基本原理

2.1 永磁同步电机的物理结构及工作原理

2.2 永磁同步电机的数学模型

2.3 坐标变换原理

2.4 矢量控制技术

2.5 空间脉宽调制技术

2.6 本章小结

第三章 永磁同步电机调速系统模糊自适应P ID控制研究

3.1 数字PID控制

3.2 模糊PID控制

3.3 模糊自适应PID控制

3.4 数值仿真

3.5 本章小结

第四章 永磁同步电机调速系统的硬件设计与实现

4.1 系统的硬件设计总体结构

4.2 XE164介绍

4.3 控制电路板设计

4.4 功率驱动电路板设计

4.5 本章小结

第五章 永磁同步电机调速系统的软件设计与实现

5.1 集成开发环境Keil介绍

5.2 系统软件设计总体结构

5.3 软件设计与实现

5.4 实验结果及分析

5.5 本章小结

总结及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢