基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制的研究

发布时间：2020-10-22 17:11

　　 永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)凭借结构简单、安全稳定性强、结构简单、功率密度高等诸多优越的性能,在国民经济、工业生产以及国防航天航空等众多领域中得到了普遍的应用。滑模变结构控制(Sliding Mode Control,SMC)方法是针对非线性系统最有效的控制方法之一,它对外界扰动与内部参数变动现象表现出非常强的抗干扰性。然而,永磁同步电动机在负载突变工况下,由于本身的多变量、耦合性强的非线性系统特性,受到电流耦合、系统饱和、参数摄动等诸多外部扰动不利因素,直接影响系统控制的性能。本文针对复杂环境下的PMSM系统控制性能下降的问题进行了研究:首先,用矢量控制对PMSM转速、电流双闭环控制的控制策略进行优化设计,降低多变量耦合的非线性特性对系统的扰动影响;第二,研究PMSM在负载突变工况下,引入瞬时转矩闭环反馈的方法对永磁同步电动机控制系统进行优化设计,针对系统控制性能下降问题,对系统饱和、参数摄动等诸多外部扰动不利因素进行优化。第三,将滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO)引入PMSM矢量控制系统中,针对SMC自身具有严重的抖振问题,引入新型趋近率、变增益算法,构建新型SMO,实现对转子实时位置的间接测量,进行抖振抑制和快速响应等方面的算法优化。最后,应用Matlab/Simulink进行实验仿真分析,实验仿真结果表明,PMSM矢量控制系统在电机正常和负载突变运行的两种工况下,SMO在PMSM控制中的速度响应、滑模抖振抑制和应对转速突变等方面的性能,相比于PMSM矢量控制有更加明显的改善,验证了本文提出控制方法的可行性和有效性。
【学位单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP273;TM341
【部分图文】：

河北工程大学硕士学位论文磁电机的控制技术发展到达了一个新的领域，同时也为永磁同步电机的控制方法奠定了良好的发展。文献[7-11]说明矢量控制和直接转矩控制是当代永磁同步电机实现高动态性能控制的两种主要控制策略；文献[7-9]介绍矢量控制(Vector Control)在理论上解决了交流电动机转矩在高性能控制上的问题；文献[10-11]介绍直接转矩控制是继矢量控制之后发展起来的一种新型高性能交流变频调速技术。矢量控制主要控制电机电流的幅值、相位和频率，直接转矩控制则是通过空间矢量的方法，直接对定子坐标系下的电磁转矩进行控制，虽然它在控制上得以简化，但存在着明显的转矩脉动问题，所以矢量控制成为当前永磁同步电机高性能控制的首选方案；文献[12,13]介绍了经典 PID 控制策略，该策略结构简单，易于调节，可直接读电流、速度和转子位置进行调节，且不依赖于被控对象数学模型，所以在永磁同步电机中广泛应用。

控制精度高等优点，在众多伺服控制领域中得到章主要研究的是永磁同步电机的基本结构、数学模型、矢量控，对永磁同步电机控制系统进行设计，并在此基础上构建永磁制拓扑结构。同步电机的基本理论磁同步电机的基本结构同步电机基本结构与普通的三相电机相同，是由定子和转子两由三相互差 120°空间角度的对称绕组组成，绕组有Δ 接和Υ 接 接最为常用）。转子由转轴、永磁体及导磁轭构成，永磁体具替电励磁绕组。当三相交流电通入定子时，定子和转子之间的转磁场，受转子切割磁感线产生磁通，与定子磁通相互作用使。转子永磁体的安装位置主要分为以下两种，如图 2-1 所示。

第 2 章 PMSM 系统的基本控制理论感大于直轴电感，导致电机运行时电机转矩的难度增加。同步电机工作原理步电机工作时，需要同时存在转子磁通和定子磁动势来产生电磁和定子磁动势两者相对静止又存在一定的相位差。转子磁通通定子磁动势由通过定子绕组中的电流产生[27]。以三相电机为例°电角度的三相绕组通入时间互差 120°电角度的三相电流时，产磁场，即产生旋转的正弦定子磁动势的绕组分布的三相电机中工作原理如图 2-2 所示，我们为分析简单，采用电机三相六状态，其中转子只有一对磁极，每极分布 60°相带，每相绕组按 120°
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本文编号：2851873