永磁同步电机鲁棒滑模控制算法研究

发布时间：2020-06-16 12:54

【摘要】：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有运行效率高、体积小、结构比较简单的优点,被大量应用到工程实际中。但是,PMSM在运行过程中会受到不确定因素的影响,譬如受到外部扰动因素的影响,如果不能跟踪到给定位置,在位置要求比较高的场合就无法满足系统的控制要求。为了使PMSM在受到干扰时能够尽快地跟踪到给定位置,满足永磁同步电机运行过程中对稳定性和鲁棒性的要求,本文以永磁同步电机位置控制为研究内容,采用了永磁同步电机L_2滑模控制方法来对位置进行控制,并对该控制器的性能进行了分析。首先,该论文介绍了永磁同步电机常用的控制方法以及永磁同步电机位置控制策略的发展,对矢量控制原理进行了分析,采用id=0的控制方式,根据PMSM结构和原理,建立永磁同步电机控制系统的数学模型。其次,因为传统PID控制方法的参数不能根据系统的变化做出相应的改变,所以无法保证系统控制的准确性和稳定性,抗干扰能力达不到要求。而采用滑模控制理论,可以弥补这些方面的不足。于是,本文采用了L_2滑模控制方法,通过与基于指数趋近律的滑模控制方法进行仿真对比,证明了该控制方法的有效性和鲁棒性。然后利用MATLAB/Simulink建立永磁同步电机L_2滑模控制算法的仿真模型,将PMSM的位置偏差作为该控制器的输入量,形成位置外环控制与电流内环控制的双闭环控制,将本文采用的永磁同步电机L_2滑模控制算法与传统的PID控制方法进行详细的仿真实验,从而在理论上验证了该控制方法具有较强的抗干扰能力。最后,为了进一步验证永磁同步电机L_2滑模控制方法在跟踪给定位置上具有更好的稳定性和抗干扰能力,本文以TI公司生产的TMS320F28335为控制芯片,搭建了永磁同步电机位置控制的实验平台。通过与传统PI控制方法进行对比实验,验证了永磁同步电机L_2滑模控制方法的优越性。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341
【图文】：

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根据永磁体安装在转子上的位置不同可以分为如下三类：表贴式、嵌入式、内埋式。如图2.1 所示：（a）表贴式 PMSM （b）嵌入式 PMSM （c）内埋式 PMSM图 2.1 永磁同步电机结构图因为永磁材料的磁导率和空气的磁导率很接近，且表贴式永磁同步电机定子和转子之间的磁路分布均匀，所以其直轴和交轴的电感认为是相等的，无凸极性，定子磁场和转子磁场在相互作用时不会产生磁阻转矩。图表 2.1(a)所示即为表贴式结构永磁同步电机[29-30]。永磁同步电机嵌入式结构和内埋式样结构分别如图 2.1(b)和图 2.1(c)所示，嵌入式永磁同步电机，顾名思义，永磁体镶嵌在铁芯内，其转子磁路不对称，在一定程度上功率密度得到改善，常用于永磁同步电机调速系统中。内埋式永磁同步电机应用较为广泛，永磁体位于转子内部，其交轴电感较大，气隙较小，比较适合高速运行，同时因为交轴电感大于直轴电感，所以增加了转矩控制的复杂度。永磁同步电机应用如此广泛，主要是因为其具有如下特点：（1）具有较高的工作效率，在稳态运行过程中，永磁同步电机的转子的铜损很小，几乎为零，从而使得 PMSM 在运行中拥有较高的功率因素，经济效益好。（2）永磁同步电机的结构相对简单，体重较轻，体积小，随着社会的发展，高性能的永磁材料被用作永磁同步电机的永磁体，有效提高了 PMSM 的功率密度。（3）永磁同步电机冷却系统可以采用简单的方式就能实现，可以采用水冷或者通

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对于转矩的扰动反应迅速一，内部磨损变小，同时也降低了噪声的产变换具有多个参数且关系复杂的系统，当永磁静止坐标系下的永磁同步电机数学模型来用坐标变换公式，可以将模型得到简化，两相旋转坐标下的变量，实现了系统模型法一样，将各个矢量分解为励磁分量和转/2s）、B、C 三相静止坐标系下的数据转换到两坐标系下的合成量是等价的。图 2.2 给出，假设 A 轴与α轴是在同一位置。

【参考文献】