基于滑模变结构的永磁同步电机控制方法研究

摘要

以永磁同步电机为驱动部件的交流伺服系统以高效率及结构简单等优点著称，目前广泛应用于印刷机、包装机械、轨道交通等领域。然而，永磁同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，存在着诸如参数摄动和外部扰动等诸多不利因素，直接影响着控制系统性能的提高。为了实际工程应用的需求，迫切需要开展永磁同步电机控制方法的研究，以提高永磁同步电机伺服系统的性能。　　本文以永磁同步电机为对象，滑模变结构控制理论为基础，数字信号处理器为平台，提高系统的鲁棒性和减少滑模抖振为目标，从理论、方法到工程实现，对基于滑模变结构的永磁同步电机控制方法进行了深入的研究。其主要研究工作如下：　　通过查阅国内外文献，梳理了目前伺服系统所采用的主要算法，对存在的问题进行了总结。提出滑模控制方法可以有效提高永磁同步电机伺服系统的性能，并指出基于扰动观测器的控制方法可以有效削弱滑模控制的抖振。　　针对传统的伺服系统控制算法难以满足控制系统要求的问题，提出基于扰动上下界的滑模速度控制方法。该控制算法利用滑模控制对扰动的鲁棒性提高了伺服控制系统的性能，且设计简单，参数易于调节。　　针对滑模控制器存在抖振问题，提出基于级联滑模扰动观测器设计方法，利用滑模变结构等值原理对扰动进行观测，将扰动的观测值补偿至滑模控制器，从而构成综合滑模控制算法，该算法可以有效地削弱抖振现象。　　针对滑模控制器实时实现问题，利用数字信号处理器，提出基于滑模变结构的永磁同步电机实时控制方案，实验研究结果显示本文所提方法有效。

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第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容和安排

第二章 永磁同步电机的数学模型

2.1 PMSM的矢量控制

2.2 PMSM的数学模型

2.3 小结

第三章 高性能滑模速度控制器的设计

3.1滑动模态变结构控制基本理论

3.2 伺服系统滑模变结构控制器设计

3.3 PMSM伺服系统建模和仿真

3.4 小结

第四章 基于负载转矩观测器的滑模速度控制器

4.1 负载转矩观测器的原理

4.2 负载转矩观测器的设计

4.3 仿真验证

4.4小结

第五章 实验结果及分析

5.1 实验平台硬件介绍

5.2程序编写

5.3 实验结果及分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢