基于观测器的永磁同步电机控制研究

发布时间：2017-10-10 07:07

  本文关键词：基于观测器的永磁同步电机控制研究

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【摘要】：永磁同步电机(PMSM)具有功率密度高,构造简单,可靠性强,控制灵活,以及扭矩大等的特点。随着近年来高性能永磁材料的成功研发,以及电力电子技术的发展和先进控制理论技术的应用,使得永磁同步电机在电动汽车,机器人控制,新能源风力发电等诸多方面获得了广泛地应用。传统的永磁同步电机采用安装传感器和电流表来获得电机转速和电流信息,然而这些装置的安装使得永磁同步电机的成本增加,同时也使得其可靠性降低,而且系统内外部环境等条件限制了传感器的使用。为此,本文提出基于观测器的永磁同步电机控制方法,主要的工作如下:1.基于LMI的永磁同步电机观测器设计。针对d-q坐标系下永磁同步电机数学模型,采用李亚普诺夫方法,依据控制理论稳定性原理,给出全阶观测器误差动态系统渐近稳定的充分条件。此外,将所提出的设计方法扩展到降阶观测器非线性系统的设计,得到基于LMI全部的稳定条件。通过数值仿真,实验验证该方法的有效性。2.基于观测器的永磁同步风力发电机滑模控制。针对d-q坐标系下混沌状态永磁同步风力发电机数学模型,构造全维Luenberger观测器,得到状态的动态误差方程。进一步,将观测器和滑模控制结合设计,并利用滑模控制理论,实现系统控制器的设计。根据Lyapunov稳定性理论,获得系统稳定的充分条件。最后,通过数值仿真实验,验证该方法的有效性。3.基于观测器的永磁同步电机反推控制。针对d-q坐标系下永磁同步电机数学模型,利用永磁同步电机定子q轴电流,构造Luenberger观测器。然后,通过线性矩阵不等式(LMI)处理技巧获得观测器增益,进而获得电机转速和d轴电流估计值。进一步,利用反推控制原理集成设计闭环系统控制器,实现电机转速输出对期望输出信号的高精度跟踪。最后,通过数值仿真实验,验证该方法的有效性。
【关键词】：永磁同步电机 线性矩阵不等式 滑模控制 观测器 反推控制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 永磁同步电机的研究现状9-15
• 1.2.1 永磁同步电机控制研究10-13
• 1.2.2 无速度传感器控制研究13-15
• 1.3 存在的问题及解决的办法15
• 1.4 本文的主要研究内容与章节安排15-17
• 第2章 永磁同步电机数学模型及基础理论介绍17-26
• 2.1 永磁同步电机数学模型17-21
• 2.2 LMI介绍21-23
• 2.2.1 线性矩阵不等式的概念22
• 2.2.2 线性矩阵不等式的求解22-23
• 2.3 滑模控制理论23-25
• 2.3.1 滑模控制的概念23
• 2.3.2 到达条件和等效控制23-25
• 2.4 小结25-26
• 第3章 基于LMI的永磁同步电机观测器设计26-37
• 3.1 问题描述26-27
• 3.2 全维观测器设计27-29
• 3.3 降维观测器的设计29-32
• 3.4 数值仿真32-36
• 3.5 小结36-37
• 第4章 基于观测器的永磁同步风力发电机的滑模控制37-44
• 4.1 观测器设计37
• 4.2 滑模面设计37-39
• 4.3 控制器设计39
• 4.4 数值仿真39-43
• 4.5 小结43-44
• 第5章 基于观测器的永磁同步电机反推控制44-52
• 5.1 基于LMI的观测器设计44
• 5.2 基于观测器的控制器设计44-49
• 5.3 数值仿真49-51
• 5.4 结论51-52
• 第6章 总结与展望52-54
• 6.1 总结52
• 6.2 展望52-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士学位期间参与项目及研究成果59

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本文编号：1004990