基于无源理论的永磁同步电机自适应控制

发布时间：2020-04-03 04:23

【摘要】：在工业伺服控制系统中,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)由于具有高功率密度、转矩电流比高等优点而被运用在各种场合。然而永磁同步电机由于自身非线性、各个变量存在耦合,并且在实际使用时受到不同程度的干扰,传统PI控制器已很难满足高性能永磁同步电机伺服系统的控制要求,因此需要引入相应的控制策略来实现永磁同步电机的高精度控制。基于系统镇定的无源控制方法,是一种本质上的非线性控制方法,具有设计简单、易调节和无奇异点问题等优点,受到学者和专家的广泛关注。本文针对永磁同步电机调速系统的无源控制方法展开研究。本文首先介绍了永磁同步电机的物理模型及数学模型,根据旋转两相坐标系下永磁同步电机的数学模型及矢量控制系统的基本原理,搭建系统仿真模型。其次,本文根据永磁同步电机的数学模型,构造了电机的端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型,并采用互联和阻尼分配无源控制方法对永磁同步电机进行电流控制器的设计。同时针对传统无源控制器只考虑到电机本体的缺点,建立双惯性模型,运用无源理论推导出一种基于双惯性系统的速度控制器。仿真结果表明,针对双惯性电机设计的无源控制算法可以很好地跟踪电机的转速指令,使得电机速度的动态响应和稳态性能更加优越。然后,本文针对传统的无源控制器在负载转矩未知的情况下存在稳态误差的问题,分别提出了基于速度误差的积分型负载转矩观测器和比例积分型负载转矩观测器。仿真结果表明,所设计的两种观测器均能在负载突变时回到转速设定值,具有较强的鲁棒性。并且,比例积分型观测器能够更加快速准确检测出负载转矩变化,使得电机在负载突变时更加快速地跟踪到给定值。最后,本文将所提出的控制方法应用于以DSP2812为核心的永磁同步电机控制平台上,将相应的控制算法用C语言进行编程,验证控制算法应用在永磁同步电机控制上的效果。实验结果表明,本文所提出的基于负载观测器的无源控制方法可以使系统转速稳定于期望平衡点,并且应对负载突变时能够迅速跟踪到给定值。
【图文】：

均匀分布,转子结构

的永磁体嵌贴在转子铁心的表面如图２－１邋（ａ），即将永磁体粘贴在转子铁芯的逡逑卜表面，，有需要的话还会用非磁性材料将其绑紧，防止脱落，这种电机的好处在逡逑转子转动惯量小、直径小，在运行时还能提供低电感，一边提升系统的动态性逡逑，而且由于磁极均匀分布在转子外表面，且永磁体与空气的磁导率大小相近，逡逑理想状况下，直轴的磁通与交轴的磁通认为是相等的，从而产生的交直流励磁逡逑感也是相等的，即。而内置式永磁同步电机的永磁体安装在转子铁心的逡逑部如图２－１邋（ｂ），这样的设计使得永磁体具有较高的机械强度。内置式永磁同逡逑电机的直轴和交轴电感不相等。永磁同步电机由于是用固定的永磁体励磁，省逡逑了电刷等部件等安装ｉ使得电机工作的可靠性得到提高。而且因为不需要励磁逡逑流，能够避免通过励磁电流产生磁场而导致的励磁损耗，提高了电机的工作效逡逑，这样使得ＰＭＳＭ具有高功率密度和节能的优点。逡逑永磁同步电机的工作原理如下：在永磁同步电机的定子绕组中通入三相电逡逑，变换的电流产生相应的磁场带动转子进行旋转。旋转磁场的转速和转子的转逡逑一致，即为同步电机，否则为异步电机。由于转子部分是由永磁体来励磁产生逡逑转磁场，因此称作永磁同步电机。逡逑

仿真模块,变换方程,坐标系,硕士学位论文

逦福州大学硕士学位论文逦逡逑从ＡＢＣ坐标系到ｃｕ邋Ｐ坐标系的恒功率变换方程为：逡逑（ｘ邋Ｊ邋１邋Ｖ／邋＾逡逑ｆｉａ）邋／２邋１逦２邋￣２逡逑Ｕｒ＃。冱，逡逑〔２逦２邋Ｊ邋Ｃ逦（２－５）逡逑式（２－５）被称为是Ｃｌａｒｋ变换。根据式（２－５）在ＭＡＴＬＡＢ搭建Ｃｌａｒｋ变换逡逑仿真模块如图２－３所示：逡逑逦
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341

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