基于模糊逻辑的永磁同步电机位置控制系统的研究

论文摘要

电机控制系统伴随着电机制造工艺、电力电子技术、计算机技术及现代控制理论的不断发展而发展。永磁同步电机以其高效率、低损耗、高转矩电流比等优点,在工业领域得到了越来越广泛的应用。以永磁同步电机为执行机构、以数字芯片为运算处理核心,同时应用现代智能控制算法的数字化永磁同步电机伺服系统成为当今工业发展的主要方向。本文在永磁同步电机的数学模型和矢量控制理论基础上,采用了模糊逻辑理论对位置控制器进行设计和改进,根据系统位置误差和位置误差变化率的不同情况,在模糊控制器和PI控制器之间进行切换,使得本文设计的永磁同步电机位置控制系统即具有模糊控制的快速性和抗扰性,又具有PI控制的稳态精度。具体设计中首先分析和建立了永磁同步电机的数学模型,在永磁同步电机两相旋转d-q坐标系下对数学模型进行解耦运算；然后阐述了永磁同步电机矢量控制系统原理和实现方法,在二者的基础上构建了矢量控制下的永磁同步电机位置控制系统,并且采用了id=0的控制方法,使单位电流产生最大的电磁转矩,并且对电流环进行了改进,采用交叉乘积电流环的结构形式,由此确立了三闭环调节的永磁同步电机位置控制系统。为了进一步提高系统的快速性和稳定性,本文对位置环控制器进行了改进,设计了根据系统位置误差和误差变化率大小的不同情况,在模糊控制器和PI控制器之间进行切换或组合,对系统位置环进行高精度控制,使本文设计的永磁同步电机位置控制系统兼具了模糊控制的快速性和抗扰性,以及PI控制的稳态高精度。通过仿真的对比实验,比较了系统的位置,速度,电磁转矩,定子电流等输出波形,验证了的模糊控制和PI相结合的控制策略的正确性和实用性,系统改善了系统的位置跟踪性能,提高了控制系统的快速性和稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 永磁同步电机位置控制系统的特点及结构
• 1.3 交流永磁同步电机位置控制系统控制策略与发展趋势
• 1.3.1 交流调速理论
• 1.3.2 系统控制策略
• 第2章 永磁同步电机数学模型和矢量控制
• 2.1 永磁同步电动机的数学模型及坐标变换
• 2.1.1 永磁同步电机的数学模型
• 2.1.2 坐标变换
• 2.2 永磁同步电机的矢量控制策略
• 2.2.1 永磁同步电动机矢量控制
• d=0控制'>2.2.2 永磁同步电机i_d=0控制
• 2.3 电压空间矢量调制技术（SVPWM）
• 2.3.1 三相电压源逆变器工作原理分析
• 2.3.2 圆形旋转磁场的控制
• 2.4 SVPWM控制算法的实现
• 2.4.1 电压空间矢量所处扇区的确定
• 2.4.2 计算电压开关向量作用时间
• 2.4.3 计算电压空间矢量切换点
• 2.5 本章小结
• 第3章 模糊控制器的设计
• 3.1 传统PI控制器的设计和分析
• 3.1.1 常规PI控制器的设计
• 3.1.2 电流环PI控制器的设计
• 3.1.3 速度环PI控制器的设计
• 3.2 模糊逻辑控制系统的组成
• 3.3 模糊逻辑控制器的设计
• 3.3.1 模糊化运算
• 3.3.2 模糊集合的隶属度函数的设计
• 3.3.3 模糊控制规则的选取和模糊推理
• 3.3.4 清晰化运算（解模糊）
• 3.4 模糊PI控制器的设计
• 3.5 具有交叉乘积项的电流环设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 永磁同步电机位置控制系统整体设计
• 4.1 系统的硬件组成和总体电路
• 4.2 系统各功能电路的设计
• 4.2.1 DSP控制回路
• 4.2.2 主功率回路
• 4.2.3 检测电路
• 4.2.4 保护电路
• 4.3 电源电路
• 4.4 系统的软件设计
• 4.4.1 系统主程序及流程图
• 4.4.2 初始化程序
• 4.5 中断子程序的设计
• 4.5.1 PDPINTA中断程序
• 4.5.2 光电码盘Z信号中断程序
• 4.5.3 PWM周期中断程序
• 4.5.4 通信中断程序
• 4.6 控制系统中的几个子程序
• 4.6.1 速度计算子程序
• 4.6.2 模糊PI算法子程序
• 4.6.3 SVPWM算法程序
• 4.7 本章小结
• 第5章 PMSM位置控制系统的仿真分析
• 5.1 MATLAB/SIMULINK简介
• 5.2 永磁同步电机位置控制系统仿真模型的建立
• 5.2.1 空间矢量的变换模块
• 5.2.2 SVPWM仿真模块
• 5.3 永磁同步电机伺服系统仿真结果分析
• 5.4 模糊PI控制永磁同步电机位置控制系统仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢