基于自适应模糊的永磁同步电机直接转矩控制

论文摘要

永磁同步电动机因其体积小、重量轻、效率高、输出转矩大、功率密度大、维护简单方便等诸多优点,在众多应用伺服电机,尤其在高转矩响应,高精度要求的场合中,逐渐成为实用价值高的最佳选择。而直接转矩控制方式具有结构简单、算法易实现,动态响应迅速等特点。因此,永磁同步电机直接转矩控制已成为现代交流传动领域的研究热点。本文以永磁同步电机直接转矩控制作为研究的主要课题,首先讨论了永磁同步电机的结构及分类,介绍了它的应用前景,并综述了永磁同步电动机控制技术的发展状况及算法的研究现状。在分析永磁同步电机三相与两相坐标变换的基础上,给出了它的简化数学模型和运动方程。接着探讨了直接转矩控制在永磁同步电机上的应用理论基础,分析了永磁同步电机常规直接转矩控制系统存在转矩脉动大、抗干扰能力弱以及鲁棒性不好等问题的原因。针对此类问题,提出了一种新的基于自适应模糊理论的直接转矩控制方法。该方法特点之一为基于模糊理论进行空间矢量的选择,磁链误差以及转矩误差经过模糊化处理、模糊运算,以及解模糊得到当前需要施加的电压空间矢量。该方法特点之二为采用自抗扰控制器取代传统的速度环PID控制器,通过设置理想的速度过渡过程,并对负荷转矩进行实时“状态”估计,从而得到了精确的转矩参考信号。最后,借助于MATLAB/SIMULINK工具建立了完整的系统仿真模型,对基于自适应模糊的永磁同步电机直接转矩控制系统进行了仿真实验。仿真结果验证了本课题所提出的新控制策略的可行性,通过与常规直接转矩控制方法的对比仿真,表明新的控制方法明显优于常规方法,不仅在减少永磁同步电机的转矩脉动上有良好的表现,其抗干扰能力以及鲁棒性都有了较大的改善,提高了系统的实用性和静动态品质,具有较强的使用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁同步电机的结构及分类
• 1.1.1 永磁同步电机的结构特点
• 1.1.2 永磁同步电机的分类
• 1.2 永磁同步电机的应用前景
• 1.2.1 应用于变频调速的场合
• 1.2.2 在高精度的伺服控制系统中的使用
• 1.3 永磁同步电机控制策略的发展及研究现状
• 1.3.1 控制策略的发展
• 1.3.2 研究现状
• 1.4 本论文的主要研究工作及安排
• 第二章 永磁同步电机的数学模型
• 2.1 永磁同步电机中的坐标变换原理
• 2.1.1 三相定子坐标系和两相定子坐标系之间的坐标变换
• 2.1.2 两相定子静止坐标系与两相转子旋转坐标系之间的坐标变换
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机的定子电压及磁链方程
• 2.2.2 永磁同步电机的电磁转矩方程
• 2.2.3 永磁同步电机的运动方程
• 2.3 基于MATLAB/SIMULINK 的永磁同步电机模型图
• 2.4 本章小结
• 第三章 永磁同步电机直接转矩控制理论与分析
• 3.1 永磁同步电机直接转矩控制理论
• 3.2 空间电压矢量
• 3.3 直接转矩控制的原理及特性
• 3.4 永磁同步电机直接转矩控制系统及仿真研究
• 3.4.1 永磁同步电机直接转矩系统结构图
• 3.4.2 基于MATLAB/SIMULINK 的永磁同步电机直接转矩系统
• 3.4.3 仿真研究
• 3.5 直接转矩控制系统中转矩脉动大的原因分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于模糊逻辑的转矩环改进
• 4.1 模糊控制的基本原理
• 4.2 模糊控制器设计的基本方法
• 4.3 转矩环中的模糊控制器
• 4.3.1 基于模糊逻辑的转矩环改进方法
• 4.3.2 DTC 中模糊控制器的结构
• 4.4 仿真研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于自抗扰理论的速度环改进
• 5.1 自抗扰理论
• 5.1.1 自抗扰理论介绍
• 5.1.2 自抗扰控制器的原理
• 5.1.3 自抗扰控制器的一般结构
• 5.2 速度环中的自抗扰控制器
• 5.2.1 基于自抗扰的速度环改进方法
• 5.2.2 DTC 中自抗扰控制器的结构
• 5.3 仿真研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于自适应模糊的永磁同步电机直接转矩控制
• 6.1 基于自适应模糊的永磁同步电机直接转矩控制系统结构
• 6.2 仿真实验及结论
• 6.2.1 系统抗扰性研究
• 6.2.2 鲁棒性研究
• 6.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢