永磁同步电动机速度环控制策略研究

发布时间：2017-06-13 06:09

  本文关键词：永磁同步电动机速度环控制策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电动机调速系统是一个强耦合、多变量的非线性系统,为了满足在复杂工作环境下高可靠性与高性能的控制要求,需要解决电流耦合、参数摄动、外部扰动等不确定性因素所带来的诸多问题。本文以永磁同步电动机调速系统为研究对象,开展基于滑模变结构控制理论的非线性控制策略、基于粒子群优化的分数阶控制算法和基于模型参考自适应的无速度传感器控制的相关研究。首先,对永磁同步电动机的结构和分类进行了分析介绍。建立了永磁同步电动机在三种坐标系中的数学模型,重点介绍在旋转d-q坐标系的数学关系。在此基础上,研究了磁场定向控制的基本原理和空间矢量调制技术的实现方式,对永磁同步电动机双闭环系统的电流环进行了分析设计。其次,对基于指数趋近律的滑模变结构控制律进行了分析。在此基础上提出了改进的滑模趋近律,该算法根据系统状态距离平衡点的远近而调整趋近律速度,通过Lyapunov定律证明了该系统的稳定性。给出了基于改进指数趋近律的滑模控制器设计方法,构建了永磁同步电动机滑模调速系统,提高了系统控制性能。再次,通过对分数阶微积分理论分析介绍,研究了具有鲁棒性的分数阶PIλDμ控制器的设计方法,采用粒子群优化算法对控制器参数进行整定,设计了具有五个参数的分数阶PIλDμ速度控制器。仿真结果表明,该控制器满足系统控制品质的要求,对系统增益的变化不敏感,具有更强的鲁棒性。最后,在实现有速度传感器矢量控制的前提下,进一步研究无速度传感器矢量控制系统。本系统根据模型参考自适应算法进行速度辨识,通过采用混沌初始化的粒子群优化算法确定自适应律的积分与比例参数,其调速系统采用滑模变结构控制。仿真分析了永磁同步电动机无速度传感器矢量控制在不同工况下的速度辨识特性及电动机运行性能。结果表明该算法能够准确辨识电动机转速,具有良好的静态与动态性能。
【关键词】：永磁同步电动机 矢量控制系统 滑模变结构控制 分数阶控制 无速度传感器控制
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 电动机调速系统14-15
• 1.2.1 电动机调速系统的构成14
• 1.2.2 驱动电动机分类14-15
• 1.3 国内外研究现状15-19
• 1.3.1 基本控制策略15-16
• 1.3.2 基于现代控制理论的控制策略16-18
• 1.3.3 基于智能思想的控制策略18-19
• 1.3.4 位置与速度检测技术发展19
• 1.4 本文的研究内容和结构19-21
• 第二章 永磁同步电动机矢量控制系统21-32
• 2.1 永磁同步电动机的结构和分类21-22
• 2.2 正弦波永磁同步电动机数学模型22-24
• 2.3 永磁同步电动机磁场定向控制系统24-30
• 2.3.1 磁场定向控制基本原理24-26
• 2.3.2 电压空间矢量调制技术26-30
• 2.4 电流环PI控制器设计30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 基于滑模变结构的PMSM速度控制32-48
• 3.1 引言32-33
• 3.2 滑膜变结构控制原理33-35
• 3.2.1 滑模变结构控制器稳定性33-34
• 3.2.2 滑模变结构控制器设计原理34-35
• 3.3 电流环控制策略35-36
• 3.4 滑膜变结构控制器设计36-39
• 3.4.1 空间状态方程36
• 3.4.2 改进的趋近律设计36-38
• 3.4.3 滑模控制器设计38-39
• 3.5 仿真结果与分析39-47
• 3.5.1 基于改进指数趋近律的仿真设计40-41
• 3.5.2 动态响应性能分析41-44
• 3.5.3 鲁棒性分析44-47
• 3.6 文章小结47-48
• 第四章 基于分数阶控制器的PMSM速度控制48-62
• 4.1 引言48-49
• 4.2 分数阶理论与分数阶系统49-51
• 4.2.1 分数阶的数学定义49
• 4.2.2 分数阶控制系统49-50
• 4.2.3 分数阶算子的有理化近似算法50-51
• 4.3 分数阶控制器51
• 4.4 PMSM调速系统的分数阶PI~λD~μ控制器设计51-52
• 4.4.1 控制对象与控制器51-52
• 4.4.2 设计准则52
• 4.5 基于粒子群优化算法的分数阶PI~λD~μ控制器参数整定52-56
• 4.5.1 粒子群优化算法53-54
• 4.5.2 分数阶PI~λD~μ控制器参数整定54-56
• 4.6 分数阶PI~λD~μ控制器的数字实现56
• 4.7 仿真结果与分析56-61
• 4.7.1 动态响应性能分析57-59
• 4.7.2 鲁棒性分析59-61
• 4.8 本章小结61-62
• 第五章 基于模型参考自适应的PMSM无速度传感器控制62-79
• 5.1 引言62-63
• 5.2 模型参考自适应控制的基本原理63-64
• 5.2.1 Popov超稳定性理论63
• 5.2.2 基于超稳定理论的模型参考自适应控制系统设计63-64
• 5.3 基于MRAS的PMSM速度辨识设计64-68
• 5.3.1 参考模型及可调模型设计64-65
• 5.3.2 自适应律确定65-68
• 5.4 基于混沌粒子群优化算法的参数自整定68-70
• 5.5 仿真结果与分析70-77
• 5.5.1 参数整定70-71
• 5.5.2 MRAS无速度传感器控制系统仿真71-77
• 5.6 本章小结77-79
• 总结与展望79-81
• 参考文献81-85
• 攻读学位期间发表的论文85-87
• 致谢87

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