基于自抗扰控制器的PMSM模型预测直接转矩控制策略研究

摘要

永磁同步电机具有高功率密度、体积小、温升低等优点,基于永磁同步电机的交流调速系统被广泛应用于工业生产中.目前,永磁同步电机的控制策略主要分为矢量控制和直接转矩控制,由于直接转矩控制具有控制系统结构简单、不需要进行坐标变换、对系统外部干扰具有很强的鲁棒性等优点,得到了广泛的应用.随着对交流调速系统的控制精度、快速性、脉动等方面的要求不断提高,因此,改进永磁同步电机的直接转矩控制策略具有重要意义. 针对永磁同步电机直接转矩控制系统存在较大的转矩与磁链脉动问题,本文在永磁同步电机直接转矩控制中运用模型预测控制算法以改善永磁同步电机运行时的转矩脉动;并在此基础上在速度环采用自抗扰控制器代替PID控制器,以增强系统的抗扰动能力,改善系统启动时的快速性并且减小了系统的超调.在Matlab／Simulink中搭建控制系统的仿真模型,验证了模型预测和自抗扰控制算法的有效性. 在以STM32F103为主控芯片的永磁同步电机交流调速系统实验平台上,验证了这两种控制算法,编写了基于永磁同步电机交流调速系统的程序,包括转子初始位置检测子程序、速度环自抗扰控制子程序、模型预测算法子程序等,并将所设计的软件程序在实验平台上进行测试.实验结果表明：将模型预测加入直接转矩控制策略后,脉动从0.88%降低为0.25%;在速度环加入自抗扰控制器后,抗扰动能力和快速性均有所提高,调节时间减小了约3g%,突加负载扰动后的恢复时间减少了46%.

目录

声明

1绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 直接转矩控制策略的发展历程与现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文章节安排及概述

2永磁同步电机结构与数学模型

2.1永磁同步电机结构

2.2常用坐标系与坐标变换

2.3永磁同步电机的数学模型

2.3.1三相静止坐标系下PMSM数学模型

2.3.2两相静止坐标系下PMSM数学模型

2.3.3同步旋转坐标系下PMSM数学模型

2.4 PMSM直接转矩控制方案

2.5本章小结

3基于自抗扰的PMSM模型预测直接转矩控制策略

3.1 基于模型预测的直接转矩控制方案

3.1.1模型预测控制的理论基础

3.1.2永磁同步电机预测模型的建立

3.1.3模型预测直接转矩控制算法的实现

3.1.4性能评价函数与权重系数的选取

3.2 采用自抗扰控制器的模型预测直接转矩控制方案

3.2.1自抗扰控制器的组成

3.2.2自抗扰控制器数学模型

3.2.3速度环自抗扰控制器数学模型

3.3 仿真对比

3.4本章小结

4 PMSM-DTC控制系统的设计

4.1系统硬件组成

4.1.1整流模块

4.1.2逆变桥电路

4.1.3转子信息反馈处理电路

4.1.4 控制芯片简介

4.2系统软件设计

4.2.1系统主程序设计

4.2.2 中断服务程序设计

4.2.3 电机转子位置检测流程

4.2.4速度环自抗扰子程序

4.2.5模型预测算法子程序

4.3 本章小结

5实验结果与分析

5.1定子电流波形对比

5.2转速波形对比

5.3本章小结

6结论与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果