基于滑模变结构的永磁同步电动机矢量控制系统的研究

论文摘要

随着电力电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料和控制理论的飞速发展,永磁同步电动机在中小功率的运动控制系统中得到了广泛应用,尤其是在伺服传动领域,永磁同步电动机逐步取代直流电动机、步进电动机成为伺服驱动的发展方向。因此,研究以永磁同步电动机为执行电机、以数字信号处理器为核心器件、采用矢量控制策略实现全数字式的永磁同步电动机系统具有十分重要的现实意义。本文首先建立了永磁同步电动机的数学模型,深入研究了永磁同步电动机的矢量控制理论,并在此基础上讨论了永磁同步电动机的控制方案,经比较矢量控制的四种电流控制方法,确定了基于id = 0的矢量控制方案及其电流反馈控制系统结构,并分析了电流解耦的主要影响因素。最后从滑模变结构理论出发,针对永磁同步电动机矢量控制系统,设计了滑模变结构与PI的组合速度环控制器,克服了常规滑模控制器(VSC)在滑模面附近的高频颤动,提高了稳态精度。随后利用Matlab软件建立了基于滑模变结构的永磁同步电动机矢量控制系统的仿真模型,并在此基础上进行了大量的仿真研究。同时结合实际系统,介绍了以TMS320F2812为控制核心的全数字化永磁同步电机控制系统的硬件和软件设计,对控制系统硬件和软件各部分的结构和功能作了详细阐述。此外,还利用所建立的实验平台进行了大量的实验研究。仿真及实验结果均表明本系统具有良好的动静态特性以及较高的精度。可以满足伺服控制的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 永磁同步电动机调速系统的特点
• 1.3 PMSM 及其控制技术发展的概况
• 1.3.1 PMSM 的发展概况
• 1.3.2 PMSM 控制技术发展的概况
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 PMSM 的数学模型及矢量控制策略
• 2.1 PMSM 的数学模型
• 2.1.1 静止坐标系下永磁同步电机的数学模型
• 2.1.2 坐标变换
• 2.1.3 旋转坐标系下PMSM 的数学模型
• 2.2 PMSM 矢量控制的基本原理
• 2.2.1 矢量控制电流反馈解耦系统结构分析
• 2.2.2 矢量控制电流反馈解耦的主要影响因素分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于滑模变结构的永磁同步电动机矢量控制系统
• 3.1 滑模变结构控制基本原理
• 3.1.1 滑动模态的定义及数学表达
• 3.1.2 滑模变结构控制的基本问题
• 3.1.3 滑模变结构控制的设计方法
• 3.1.4 滑模变结构控制系统的抖振问题分析
• 3.2 滑模变结构速度控制器
• 3.2.1 永磁同步常规滑模速度控制器的设计
• 3.2.2 滑模控制与PI 结合控制器的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 PMSM 滑模变结构矢量控制系统的仿真研究
• 4.1 控制系统的仿真
• 4.2 坐标变换单元的仿真模块
• 4.3 SVPWM 的仿真模块
• 4.3.1 合成矢量所处扇区N 的判断
• 4.3.2 基本矢量作用时间计算仿真模型
• 4.3.3 三相SVPWM 波形的合成
• 4.4 速度环滑模变结构组合控制器的仿真
• 4.5 PMSM 控制系统的仿真结果和波形分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 PMSM 矢量控制系统的软硬件设计
• 5.1 系统的硬件设计
• 5.1.1 TMS320F2812 简介
• 5.1.2 电机位置检测电路
• 5.1.3 电流采样电路
• 5.1.4 主电路与驱动电路设计
• 5.2 系统的软件设计
• 5.2.1 主程序
• 5.2.2 软件定时器T1 下溢中断子程序
• 5.2.3 PMSM 的转速计算与初始位置定位
• 5.3 本章小结
• 第6章 系统实验结果分析
• 6.1 PMSM 实验系统的结构
• 6.2 PMSM 控制系统的实验性能分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表学术论文
• 致谢