滑模变结构理论在永磁同步电机直接转矩控制中的应用研究

发布时间：2017-12-15 13:08

  本文关键词：滑模变结构理论在永磁同步电机直接转矩控制中的应用研究

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【摘要】：滑模变结构控制(SMVS)凭借着鲁棒性强和工程实现简单等优点,已经成为现代控制理论体系中的一个完整且相对独立的分支,并在交流电机控制领域中得到了广泛的应用。近年来,随着永磁同步电机性能的不断提升,应用领域的不断扩大,对其控制要求也越来越高。本文以永磁同步电机直接转矩控制系统为背景,为进一步提高其控制性能,开展了分数阶滑模变结构理论在永磁同步电机直接转矩控制系统中的应用研究。本文的研究内容如下:首先,阐述了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型以及直接转矩控制的基本原理。针对传统直接转矩控制中存在的转矩、磁链脉动较大等缺点,详细介绍了一种基于积分型滑模变结构的永磁同步电机直接转矩控制(SMVS-DTC)方法,它通过使用积分滑模控制器来取代传统直接转矩控制算法中的滞环控制器,并且引入空间电压矢量调制(SVPWM)算法替代离线的开关矢量选择表来对逆变器进行控制,从而达到更加平滑的输出电压。其次,针对积分型滑模控制器存在的积分饱和效应以及滑模控制带来的系统抖振等问题。在现有的整数阶积分滑模控制器的基础上,提出了一种新型的分数阶滑模控制器(FOSMVS-DTC),首先在滑模切换面的设计中引入了分数阶积分项,利用分数阶积分方程中积分阶次越小,下降速度越快,趋于稳定时的速度越缓慢的性质,来抑制原来积分滑模控制器中存在的积分饱和效应,然后采用分数阶微分方程和指数趋近律相结合的新型趋近律来提高收敛速度减小暂态过程中的超调量。仿真结果显示改进后的分数阶滑模控制器综合了积分型滑模控制器和分数阶微积分的双重优点,进一步提高了电机的控制性能,扩大了系统的应用范围。再次,针对传统滑模观测器存在的转子位置估算不准确,并且存在预测死区等问题,将永磁同步电机的数学模型推广到了分数阶,并根据永磁同步电动机分数阶数学模型设计了一种新型的分数阶滑模观测器,与此同时结合了改进型锁相环技术,很好的解决了相位滞后等问题。仿真结果显示改进后的分数阶滑模观测器不仅能更准确的预估转子的位置,还能减小预测中的死区时间。最后,在以上研究成果的基础上,设计并制作了以德州仪器公司生产的TMS320F2812芯片为核心的永磁同步电机直接转矩控制系统的硬件电路,并根据本文所研究的算法设计了软件结构框图,为将来算法的实验验证奠定了基础。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM341;TP273

【参考文献】

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本文编号：1292055