永磁同步电机低速平稳控制的研究

发布时间：2021-05-20 00:08

　　永磁同步电机以其构造简易、效率高、转矩惯量比高及良好的低速跟踪性能等优越性在高精度数控机床、望远镜控制系统、雷达卫星等高精度伺服控制场合被广泛应用。近年来,随着目标检测要求和制造工艺的提高,望远镜控制系统所制造的望远镜口径不断增大,国内外的大型直驱望远镜都采用了永磁同步电机伺服控制系统来取代原先的直流伺服控制以提高望远镜的低速跟踪性能。本文主要探讨永磁同步电机的低速平稳控制,来拓宽永磁同步电机在高精度伺服控制系统特别是望远镜控制系统中的应用。影响电机低速平稳性的主要因素有电机的转矩脉动以及控制系统中的速度检测误差,本文从抑制转矩脉动和转速瞬时检测两方面来提高电机低速运行时的平稳性。首先,为了后文进行速度脉动抑制和速度检测算法的研究,本文简单介绍了永磁同步电机在三大坐标系（三相静止坐标系、两相静止坐标系和同步旋转坐标系）下的数学模型,揭示了速度脉动和转矩脉动的联系,阐述了永磁同步电机id=0矢量控制系统的框架结构和基本原理,进一步分析了速度脉动的影响因素,对其影响规律进行了总结。其次,针对永磁同步电机的速度脉动,本文设计了自抗扰电流注入复合控制器,并与常规的PI控制以及PI叠加电流注入进... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 转矩与速度脉动的抑制策略
        1.2.2 速度检测算法
    1.3 本文组织结构
第2章 永磁同步电机的数学建模与速度脉动分析
    2.1 永磁同步电机数学模型
        2.1.1 永磁同步电机基本方程
        2.1.2 坐标变换
        2.1.3 其它坐标系下的数学模型
        2.1.4 转矩脉动与速度脉动的联系
    2.2 永磁同步电机矢量控制系统
    2.3 速度脉动的影响因素
        2.2.1 齿槽转矩
        2.2.2 磁通谐波
        2.2.3 电流测量误差
        2.2.4 速度检测延时和误差
    2.4 本章小结
第3章 基于自抗扰电流注入复合控制器的速度脉动抑制
    3.1 速度环自抗扰控制器的设计
        3.1.1 跟踪微分器
        3.1.2 扩张状态观测器
        3.1.3 误差反馈控制律
    3.2 电流注入模块的设计
        3.2.1 补偿器的原理
        3.2.2 补偿器的设计
    3.3 自抗扰电流注入复合控制器的设计
    3.4 仿真结果与分析
        3.4.1 转矩脉动抑制性能分析
        3.4.2 抗扰动性能分析
    3.5 本章小结
第4章 基于自适应卡尔曼观测器的转速瞬时检测
    4.1 测速算法与精度分析
        4.1.1 增量式编码器的测速原理
        4.1.2 M法
        4.1.3 T法
        4.1.4 M/T法
    4.2 自适应卡尔曼观测器的设计
        4.2.1 观测器结构的设计
        4.2.2 观测器参数矩阵的设计
        4.2.3 自适应卡尔曼观测器设计
    4.3 仿真结果与分析
        4.3.1 电机启动
        4.3.2 负载波动
    4.4 本章小结
第5章 永磁同步电机低速平稳控制实验设计
    5.1 实验平台介绍
        5.1.1 硬件平台简介
        5.1.2 系统软件设计
    5.2 实验结果与分析
        5.2.1 速度脉动抑制实验
        5.2.2 转速瞬时检测实验
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文的主要工作和贡献
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种抑制永磁同步电机转速脉动的方法[J]. 储剑波,胡育文,黄文新,杨建飞.  电工技术学报. 2009(12)
[2]永磁同步电机伺服系统的现状及发展前景[J]. 孙华建,李学森,朱宝忠.  中国西部科技. 2009(16)
[3]基于扩展Kalman滤波器的PMSM高性能控制系统[J]. 郑泽东,李永东,Maurice Fadel,肖曦.  电工技术学报. 2007(10)
[4]绝对式编码器在电机定位中的应用[J]. 程晓莉,谢剑英,王林.  控制工程. 2007(05)
[5]矢量控制永磁同步电动机的转矩脉动分析[J]. 吴茂刚,赵荣祥.  电工技术学报. 2007(02)
[6]一种基于光电编码器的高精度测速和测加速度方法[J]. 姜庆明,杨旭,甘永梅,王晓钰,王兆安.  微计算机信息. 2004(06)
[7]自抗扰控制器及其应用[J]. 韩京清.  控制与决策. 1998(01)

博士论文
[1]基于永磁同步电机的大型望远镜低速伺服系统研究[D]. 刘京.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]低速大转矩永磁同步电机速度控制策略研究[D]. 纪秉男.天津大学 2015
[3]优化迭代学习控制算法及其收敛性分析[D]. 逄勃.大连理工大学 2013
[4]基于弧形电机拼接的大型望远镜驱动技术研究[D]. 常九健.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[5]高性能永磁同步伺服系统关键技术研究[D]. 吉智.中国矿业大学 2013
[6]低速交流电机伺服系统的研究与实现[D]. 纪科辉.浙江大学 2013
[7]伺服系统低速特性与抖动补偿研究[D]. 陈娟.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2001

硕士论文
[1]自抗扰控制技术在永磁同步电机调速系统中的应用[D]. 彭秋铭.中国科学技术大学 2018
[2]永磁同步电机调速系统滑模抗饱和控制研究[D]. 楚远征.中国科学技术大学 2017
[3]永磁同步电机低速控制研究[D]. 李长磊.中国科学技术大学 2016
[4]永磁同步电机矢量控制算法的设计与实现[D]. 朱儒.中国科学技术大学 2014



本文编号：3196695