车用永磁同步电机动态鲁棒控制研究

发布时间：2020-03-24 06:28

【摘要】：车用永磁同步电机作为新能源汽车发展的关键组成之一,相较其他类型的电机,其具备一定的优势,如结构简单、工作运行稳定、体积小,并且随着稀土的价格逐渐降低,永磁同步电机拥有更大的发展潜力和空间。然而,作为一种多变量、强耦合、非线性的系统,永磁同步电机也存在一些问题亟待解决,如系统的负载变化、外部环境干扰、动态运行等因素,这些问题会影响永磁同步电机的运行性能。因此,为了实现对永磁同步电机在动态过程中的鲁棒控制,需要在控制策略上做进一步改进与提升。滑模变结构控制作为一种非线性控制策略,因其对系统所施加的负载变化和控制过程中外界环境的影响具有一定的抗干扰能力。同时,在动态运行过程中能快速实现动态响应,故该策略得到了广泛的研究。本文针对混合动力汽车中使用较多的永磁同步电机的特性和应用需求,分析了关于该电机控制策略的发展概况,并着重分析了滑模变结构控制的应用和发展情况。根据永磁同步电机所存在并需要解决的问题,将滑模变结构控制应用到永磁同步电机系统中。基于该种控制策略,完成永磁同步电机电流环和速度环的双闭环控制,并且利用观测器原理,实现对永磁同步电机的无位置传感器控制,最终满足电机在动态过程中鲁棒性的控制需求。整体研究内容如下所示:(1)介绍了永磁同步电机的结构和运行特性,并且根据坐标变换原理建立d-q同步旋转坐标系和α-β两相静止坐标系下的永磁同步电机数学模型,利用基本的电磁特性,分析了矢量控制策略的几种方案。由于一般的永磁同步电机矢量控制系统无法完全实现电流解耦控制,系统存在负载变化、外界干扰等诸多不确定性影响着系统性能,为了解决控制中的不确定干扰问题,根据不同方案的转速-转矩特性,确定采用I_d(28)0的矢量控制方案。基于该控制策略设计永磁同步电机控制系统,利用电流环和速度环来实现对电机的控制,基于速度环提出分数阶滑模控制策略,利用Lyapunov函数证明系统的收敛性,并且通过Matlab/Simulink仿真试验验证了所提策略的可行性和有效性。该策略不仅能够降低动态运行过程对系统的影响,并且还提升了控制系统在外界环境干扰下的抵抗能力。(2)针对永磁同步电机无位置传感器控制策略,分析了永磁同步电机的能观性。基于这一特性,提出了一种反正切函数的滑模观测器,通过角度补偿弥补观测过程中的状态延迟效应,引入到对永磁同步电机的位置和速度观测中。通过Matlab/Simulink仿真试验,验证了所提出的滑模观测器性能,获得了平滑的电机速度和位置估算值,提高了控制系统对永磁同步电机速度和位置的估算精度。(3)在基于分数阶滑模控制的永磁同步电机策略中,引入滑模观测器作为无位置传感器控制,并将所设计的电机控制系统应用到不同的运行工况中,通过仿真试验验证,该策略可实现在不同动态工况下的鲁棒控制,保证了永磁同步电机的控制性能。
【图文】：

扇区,仿真图,简单计算,作用时间

图 2-10 扇区判断仿真图由图 2-9 可以得到：464 666cos3sin3s ssTTU U UT TTU UT (2-通过简单计算，，式(2-40)可变为： 4633232sdcsdcTT U UUTT UU (2-同理，可以得到其他扇区各矢量的作用时间，令：3sdcT UXU

开关作用,仿真模型,切换点,扇区

664 6sTT TT T 区矢量切换点的定义如下所示： 4 646/ 4/ 2/ 2a sb ac bT T T TT T TT T T 三相电压开关时间切换点cm1T 、cm2T 、cm3T 与各扇区的关系如表 2-模型如图 2-11 所示。表 2-4 各扇区切换点时间、、N 1 2 3 4 5 6cm1TbTaTaTcTcTbTcm2TaTcTbTbTaTcTcm3TcTbTcTaTbTaT
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.7

【参考文献】