基于滑模观测器的可控磁通永磁同步电机控制系统研究

摘要

传统永磁同步电机因其优良的性能得到广泛的应用，但是由于转子上永磁体的存在，弱磁困难，调速范围受到限制。内置混合式转子可控磁通永磁同步电机，同时采用剩磁密度和矫顽力都很高的钕铁硼永磁体，以及剩磁密度高但矫顽力却很低的铝镍钴永磁体。运行中，通过定子直轴电流矢量脉冲控制铝镍钴的磁化方向和强弱，使电机气隙永磁磁通可控，实现真正意义上的宽调速。
　　 在对永磁同步电机数学模型研究的基础上，结合内置混合式转子可控磁通永磁同步电动机的运行特点，设计了采用电压空间矢量脉宽调制技术实现的此种电机的矢量控制系统。当电机不需要改变转子磁通时，采用id=0的控制策略。当需要改变转子磁通的时候，经过增弱磁控制逻辑判断模块关闭交轴电流给定，输出相应的直轴电流给定脉冲，利用直轴电流脉冲产生的直轴去磁或充磁磁动势改变转子内部的磁场分布状态；然后迅速恢复为普通的id=0控制，电机进入转子永磁磁场改变后的下一个稳定运行阶段。这样就克服了传统弱磁调速要维持直轴电流矢量，定子铜耗大、调速范围不宽的不足。构建了按转子磁链定向的矢量控制仿真系统模型，并做了仿真研究。
　　 设计了基于滑模变结构控制理论的转子磁链观测器，并应用于所设计的内置混合式转子可控磁通永磁同步电机矢量控制系统中。该转子磁连观测器利用电动机端电压、电流、转速等可测量信号间接地获得转子永磁磁链信息，对电机转子永磁磁链进行实时在线估算，不断修正估算转子磁链，用于速度调节器参数的调整和作为直轴电流矢量脉冲逻辑判断模块的参考量。借助于MATLAB/Simulink建立了控制系统的仿真模型，并对仿真结果进行了分析，验证了所提出的基于滑模磁链观测器的内置混合式转子可控磁通永磁同步电动机控制系统是可行的，该系统有较好的静态和动态性能。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1永磁电机的概述

1.1.1永磁电机的发展过程

1.1.2永磁电机的特点

1.1.3永磁电机的种类及用途

1.2永磁同步电机控制系统的研究现状和发展方向

1.3本课题的研究背景及意义

1.4本课题的主要工作

第二章 内置混合式转子可控磁通永磁同步电机的原理与结构

2.1永磁材料及其性能

2.1.1铝镍钴永磁材料及其性能

2.1.2钕铁硼永磁材料及其特性

2.2内置混合式转子可控磁通永磁同步电机的基本结构

2.3可控磁通永磁同步电机磁通控制原理

2.4内置混合式转子可控磁通永磁同步电机的特点

第三章可控磁通永磁同步电机的数学模型及矢量控制

3.1永磁同步电机的矢量控制简介

3.1.1 PMSM的坐标变换

3.1.2 dq同步旋转坐标系下的PMSM数学模型

3.2内置混合转子可控磁通PMSM的矢量控制策略概述

3.2.1内置混合转子可控磁通PMSM的矢量控制

3.2.2永磁同步电机矢量控制中存在的限制

3.3电压空间矢量PWM技术

3.3.1 PWM控制的基本原理

第四章基于滑模观测器的可控磁通永磁同步电动机控制系统

4.1滑模变结构观测器基础上的估算方法简介

4.1.1滑模观测器的基本概念

4.1.2滑模控制的发展历史

4.1.3滑模控制的基本原理

4.2基于滑模观测器的转子磁链的估算方法

4.3内置混合式转子可控磁通永磁同步电动机控制系统结构

第五章 内置混合式转子可控磁通永磁同步电动机控制系统仿真与分析

5.1 MATLAB及Simulink仿真工具简介

5.2内置混合式转子可控磁通永磁同步电机控制系统的仿真模型

5.2.1坐标变换仿真模块的实现

5.2.2滑模变结构磁链观测器的实现

5.2.3电压空间矢量PWM模块的实现

5.3内置混合式转子可控磁通永磁同步电机控制系统仿真结果分析

第六章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢