基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制系统研究
发布时间：2020-10-31 01:33
【摘要】：永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,简称PMSM)具有尺寸小、惯量小、效率高等优点,在不同的领域获得了广泛应用。永磁同步电机调速系统在快速性、抗干扰性及鲁棒性等许多方面存在诸多问题,传统的控制策略难以实现调速系统的高性能控制,因此研究高效的控制策略来提高永磁同步电机控制性能是一个十分有价值的研究领域。针对上述问题,本文提出了基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法,并着重在以下几个方面展开了深入的研究。首先,介绍了坐标变换方法,建立了永磁同步电机的数学模型,研究了矢量控制理论,分析了id=0控制、最大转矩电流比控制和弱磁控制策略,借助公式推导阐明了电流最优分配问题,实现对输出转矩的提升。其次,以表贴式永磁同步电机为研究对象,介绍了内模控制的概念和性质,分析了内模控制系统的鲁棒性,研究了内模参数对永磁同步电机系统快速性、抗干扰性及鲁棒性的影响,并研究了内模控制器的设计方法。接着在传统内模控制的基础上提出了基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法,对三自由度内模控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪能力进行了详细分析,并设计了永磁同步电机控制系统的三自由度内模控制器。最后,根据理论分析,利用MATLAB软件对基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法进行仿真分析,以验证方法的正确性和有效性,并建立了基于数字信号处理芯片TMS320F28335的永磁同步电机实验平台,对所设计的基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制系统进行了实验验证。仿真与实验结果表明本文所提出的基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法具有更快的动态响应速度、更好的干扰抑制性能以及对模型误差和参数变化的鲁棒性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM341;TP273
【图文】：
5 基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法仿真验证根据前面章节对永磁同步电机三自由度内模控制方法的介绍和分析，搭建了永磁同步电机矢量控制系统模型进行仿真。下面对比于传统内模控制方法，从仿真结果方面分析基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法对系统控制性能的改善效果。5.1 仿真模型为了验证本文提出的基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法的正确性和有效性，在 MATLAB/Simulink 中搭建了基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型，如图 5-1 所示。在仿真模型中，3DOF-IMC 模块是根据本文方法设计的三自由度内模控制器，具体如图 5-2 所示，2r/2s 模块是 Park 逆变换，SVPWM 模块是空间矢量调制，用以驱动逆变器产生电机运行所需的电压和电流。因被控对象为表贴式永磁同步电机，故采用 id=0 的控制方式，转速环仍为 PI 调节器控制，仿真参数为：额定功率PN=1.5kW，额定转速 n=1500r/min，定子电阻 Rs=3.3Ω，直轴电感 Ld=18.99mH，交轴电感 Lq=18.99mH，转动惯量 J=0.04kg·m2，极对数 pn=2。
图 5-2 三自由度内模控制器的仿真模型Fig. 5-2 Simulation model of three degree of freedom internal model controller验证及分析速范围正确性仿真验证证基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法的正确性，进踪的仿真。图 5-3 给出了本文提出的方法控制时的电机在不同转速指图 5-3 (a)为全速段的转速输出波形，图中包含五个转速段 150 r/min，in，1200 r/min，600 r/min，从图中可以看出，在各个转速阶段，永磁速准确地跟踪转速指令，并能够稳定运行；图 5-3 (b)为与全速段相应在转速指令改变时，转矩能够迅速响应，使永磁同步电机能够快速跟50)
根据本课题的需求，将上述基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法在以数字信号处理器芯片TMS320F28335为核心控制器的1.5kW表贴式永磁同步电机实验平台上实现闭环实验，该实验平台硬件结构框图如图 6-1 所示，其中主电路采用交-直-交的电路拓扑，电网侧为三相不控整流电路，直流部分采用大电容滤波得到较为稳定的直流母线电压，直流母线电压通过逆变电路得到需要的输出电压，逆变器所用 IGBT 模块的主要参数为 1200V/15A；控制电路包括电流采样、脉宽调制波发生、过压和过流保护功能、模拟和数字信号的输入和输出、上位机的通讯等；除此之外，还包含了主电路的驱动电路，主要有开关电源部分、PWM 驱动电路、电流和电压检测电路等。图 6-1 实验平台硬件结构框图Fig.6-1 Experiment platform hardware block diagram图 6-2 为 1.5kW 表贴式永磁同步电机实验装置图，实验平台中永磁同步电机参数为：
【参考文献】
本文编号：2863277
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM341;TP273
【图文】：
5 基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法仿真验证根据前面章节对永磁同步电机三自由度内模控制方法的介绍和分析，搭建了永磁同步电机矢量控制系统模型进行仿真。下面对比于传统内模控制方法，从仿真结果方面分析基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法对系统控制性能的改善效果。5.1 仿真模型为了验证本文提出的基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法的正确性和有效性，在 MATLAB/Simulink 中搭建了基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型，如图 5-1 所示。在仿真模型中，3DOF-IMC 模块是根据本文方法设计的三自由度内模控制器，具体如图 5-2 所示，2r/2s 模块是 Park 逆变换，SVPWM 模块是空间矢量调制，用以驱动逆变器产生电机运行所需的电压和电流。因被控对象为表贴式永磁同步电机，故采用 id=0 的控制方式，转速环仍为 PI 调节器控制，仿真参数为：额定功率PN=1.5kW，额定转速 n=1500r/min，定子电阻 Rs=3.3Ω，直轴电感 Ld=18.99mH，交轴电感 Lq=18.99mH，转动惯量 J=0.04kg·m2，极对数 pn=2。
图 5-2 三自由度内模控制器的仿真模型Fig. 5-2 Simulation model of three degree of freedom internal model controller验证及分析速范围正确性仿真验证证基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法的正确性，进踪的仿真。图 5-3 给出了本文提出的方法控制时的电机在不同转速指图 5-3 (a)为全速段的转速输出波形，图中包含五个转速段 150 r/min，in，1200 r/min，600 r/min，从图中可以看出，在各个转速阶段，永磁速准确地跟踪转速指令，并能够稳定运行；图 5-3 (b)为与全速段相应在转速指令改变时，转矩能够迅速响应，使永磁同步电机能够快速跟50)
根据本课题的需求，将上述基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法在以数字信号处理器芯片TMS320F28335为核心控制器的1.5kW表贴式永磁同步电机实验平台上实现闭环实验，该实验平台硬件结构框图如图 6-1 所示，其中主电路采用交-直-交的电路拓扑，电网侧为三相不控整流电路，直流部分采用大电容滤波得到较为稳定的直流母线电压，直流母线电压通过逆变电路得到需要的输出电压，逆变器所用 IGBT 模块的主要参数为 1200V/15A；控制电路包括电流采样、脉宽调制波发生、过压和过流保护功能、模拟和数字信号的输入和输出、上位机的通讯等；除此之外，还包含了主电路的驱动电路，主要有开关电源部分、PWM 驱动电路、电流和电压检测电路等。图 6-1 实验平台硬件结构框图Fig.6-1 Experiment platform hardware block diagram图 6-2 为 1.5kW 表贴式永磁同步电机实验装置图，实验平台中永磁同步电机参数为：
【参考文献】
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1 孟桂芝;李兴华;宋迎春;;一类具有高增益观测器的非线性系统的输出调节[J];电机与控制学报;2016年10期
2 李兵强;陈晓雷;林辉;吕帅帅;马冬麒;;机电伺服系统齿隙补偿及终端滑模控制[J];电工技术学报;2016年09期
3 王同旭;马鸿雁;聂沐晗;;电梯用永磁同步电机BP神经网络PID调速控制方法的研究[J];电工技术学报;2015年S1期
4 谷鑫;胡升;史婷娜;耿强;;基于神经网络的永磁同步电机多参数解耦在线辨识[J];电工技术学报;2015年06期
5 侯利民;王巍;;表面式永磁同步电机无源非奇异快速终端滑模控制[J];电工技术学报;2014年11期
6 刘栋良;崔言飞;赵晓丹;陈镁斌;;基于反推控制的永磁同步电动机速度的模糊控制[J];电工技术学报;2014年11期
7 许叙遥;林辉;;基于动态滑模控制的永磁同步电机位置速度一体化设计[J];电工技术学报;2014年05期
8 王峰;张旭隆;何凤有;张晓;;三电平静止同步补偿器内模控制研究[J];电力系统保护与控制;2014年09期
9 李政;胡广大;崔家瑞;刘广一;;永磁同步电机调速系统的积分型滑模变结构控制[J];中国电机工程学报;2014年03期
10 崔家瑞;李擎;张波;刘广一;;永磁同步电机变论域自适应模糊PID控制[J];中国电机工程学报;2013年S1期
本文编号：2863277
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