基于频域分析的永磁同步电机自适应控制研究

摘要

交流永磁同步电机具有转子结构简单、转动惯量小、功率密度大、效率和功率因数高、运行可靠等优点，由其构成的伺服系统在日常生活、工业生产、国防科技等领域得到了广泛的应用。但是，交流永磁同步电机的参数会随着环境的变化而发生改变，使系统的性能降低，因此，论文针对交流永磁同步电机的自适应控制展开研究，对于进一步提高交流伺服的性能，研发高性能的永磁同步电机伺服系统具有重要的现实意义和实用价值。文章的主要内容如下:
　　首先，本文分析了坐标变换的原理，然后推导了交流永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，在分析对比几种不同的转子磁场定向控制策略原理及优缺点的基础上，基于id=0矢量控制策略建立了永磁同步电机矢量控制系统，给出永磁同步电机矢量控制系统的结构框图并分析其工作流程，进一步在MATLAB/SIMULINK仿真平台下搭建系统的仿真模型并进行仿真研究。
　　其次，提出了基于带遗忘因子递推最小二乘法的电机参数在线辨识方法，以及基于频域分析方法的电流环和速度环PI调节器的参数自整定策略，设计自适应PI调节器来替代传统的PI调节器。在交流永磁同步电机矢量控制系统结构的基础上，搭建自适应控制系统的仿真模型，并进行仿真，验证系统的有效性。
　　最后，以TI公司的数字信号处理器TMS320F2812作为主控芯片，以三菱公司的智能功率模块PM150RL1A120作为功率单元，进行软硬件设计，建立交流永磁同步电机自适应控制系统的实验平台，其中着重研究了自适应PI调节器的软件算法及其软件实现。利用所建立的实验平台进行实验，实验结果证明自适应PI调节器的有效性，表明系统具有良好的动态性能，可实现对交流永磁同步电机的高性能控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 交流伺服系统的发展

1．2．1 永磁同步电机的发展

1．2．2 交流伺服系统的发展

1．2．3 交流伺服系统的控制策略

1．2．4 永磁同步电机的参数辨识

1．3 交流伺服系统的发展趋势

1．4 交流伺服系统的国内外研究情况

1．5 本文主要的研究内容

第2章 永磁同步电机的数学模型

2．1 永磁同步电机的结构

2．2 永磁同步电机的数学模型

2．2．1 坐标变换

2．2．2 永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型

2．2．3 永磁同步电机在两相静止坐标系下的数学模型

2．2．4 永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型

2．3 本章小结

第3章 基于频域分析的永磁同步电机自适应控制研究

3．1 永磁同步电机矢量控制系统

3．1．1 矢量控制策略

3．1．2 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)

3．1．3 永磁同步电机矢量控制系统结构

3．1．4 永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型

3．2 自适应控制

3．2．1 自校正调节器

3．2．2 模型参考自适应调节器

3．2．3 永磁同步电机的自适应控制器

3．3 永磁同步电机的参数辨识

3．3．1 参数辨识的基本原理

3．3．2 遗忘因子递推最小二乘法

3．3．3 永磁同步电机参数辨识

3．4 基于频域分析的PI调节器参数整定

3．4．1 电流环PI调节器参数整定

3．4．2 速度环PI调节器参数设计

3．5 永磁同步电机自适应控制系统的仿真分析

3．6 本章小结

第4章 永磁同步电机自适应控制的实验研究

4．1 硬件电路介绍

4．1．1 主芯片基本功能

4．1．2 驱动电路介绍

4．1．3 电流检测电路

4．1．4 速度检测电路

4．1．5 保护电路

4．2 系统软件设计

4．2．1 主程序及初始化程序

4．2．2 定时器T1下溢中断服务程序

4．2．3 PI调节器实现

4．2．4 自适应PI调节器软件实现

4．3 交流永磁同步电机自适应控制系统的实验研究

4．3．1 空载和负载启动实验

4．3．2 自适应PI调节器性能测试

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢