基于两种先进控制策略的永磁同步电机调速控制

摘要

永磁同步电机具有结构简单、体积小、功率因数高、力矩惯量比大、重量轻、噪音低、运行可靠等特点，被广泛地应用在工、农业生产等领域。随着现代控制技术的发展，永磁同步电机调速系统的性能不断提高，它需要响应快速、鲁棒性好、抗扰性强、工程易实现的控制器。于是，如何提高永磁同步电机调速系统的动、静态性能成为近些年来研究的热点。
　　本文主要研究永磁同步电机(PMSM)及其空间矢量脉宽调速系统，在剖析永磁同步电机原理与特征的基础上，分别构建永磁同步电机在A-B-C以及d-q坐标系中的数学模型。然后，介绍电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)以及波形产生机制，搭建永磁同步电机矢量调速系统。最后，介绍滑模变结构和自抗扰控制技术。在上述工作基础上，针对这两种控制策略中存在的问题，对算法进行改进，设计四种不同类型的转速控制器。滑模变结构控制(SMC)方法的改进可以有效地削弱滑模面的抖动。自抗扰(ADRC)算法的简化以及与模糊控制方法的结合，为自抗扰控制器的参数整定和实际操作带来了方便。
　　在本文中，利用Matlab的仿真软件，选用id=0的电流矢量控制方法，构建了永磁同步电机转速电流双闭环矢量调速系统，并对电机调速系统进行了多组仿真试验。仿真结果表明，同PI控制方法相比，本文提出的基于两种先进控制策略的永磁同步电机调速系统，不仅拥有更宽的调速范围、优良的动、静态性能品质，而且具有较强的鲁棒性和抗干扰性。因此，这两种永磁同步电机的调速控制方案具有一定的实用价值。
　　综上所述，本文给出的基于两种先进控制策略的永磁同步电机调速系统具有可行性和有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究动态及发展趋势

1．2．1 永磁同步电机的研究动态及发展趋势

1．2．2 滑模变结构控制技术的研究动态及发展趋势

1．2．3 自抗扰控制技术的研究动态及发展趋势

1．3 本文研究内容与结构安排

2 永磁同步电机的数学模型与矢量控制

2．1 永磁同步电机的一般结构

2．2 坐标变换

2．2．1 矢量控制中的坐标系

2．2．2 矢量控制中的坐标变换

2．3 永磁同步电机数学模型

2．3．1 A-B-C坐标系数学模型

2．3．2 d-q坐标系数学模型

2．4 永磁同步电机矢量控制

2．5 SVPWM原理

2．5．1 SVPWM原理

2．5．2 SVPWM的Simulink实现

2．6 本章小结

3 永磁同步电机滑模变结构控制

3．1 滑模变结构控制原理

3．1．1 滑动模态定义

3．1．2 滑模变结构控制的定义

3．2 滑模控制器的设计

3．2．1 滑模变结构的控制函数

3．2．2 切换函数的选择

3．2．3 控制律的选择

3．2．4 抖动产生原因及消除方法

3．2．5 PMSM调速系统中的滑模控制器

3．2．6 三种滑模控制器性能分析

3．3 本章总结

4 永磁同步电机的模糊自抗扰控制

4．1 自抗扰控制理论

4．1．1 n阶非线性跟踪微分器

4．1．2 n+1阶扩张状态观测器

4．1．3 非线性误差反馈控制律

4．2 模糊控制理论

4．2．1 模糊控制理论概论

4．2．2 模糊控制原理

4．2．3 模糊控制器的设计

4．3 模糊自抗扰控制器

4．3．1 模糊自抗扰控制器设计

4．3．2 模糊自抗扰控制器性能分析

4．4 本章小结

5 基于先进控制策略的PMSM调速系统仿真研究

5．1 永磁同步电机的滑模变结构调速控制

5．2 永磁同步电机的模糊自抗扰调速控制

5．3 仿真分析

5．4 本章总结

6 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢