基于滑模观测器的永磁同步电机抗饱和控制

论文摘要

永磁同步电机拥有较高的磁密度、体积适中、良好的可靠性以及其很强的环境适应性等诸多优点,被广泛应用于大型机械加工、汽车制造和节能环保等诸多领域。随着这些行业的发展壮大,更具性价比的调速装置、更低的超调量以及更多的调速方法成为永磁同步电机调速系统的迫切需要。本文在总结PMSM的dq0轴系下的控制系统发展概况基础上对SVPWM矢量控制进行了详细论述,此外还介绍了永磁同步电机无传感器技术的发展概况,着重介绍了PMSM滑模观测无速度传感器的建立过程,并在此模型基础上进行PMSM的抗饱和研究,使用多种抗饱和方法,并用matlab仿真软件对抗饱和策略进行仿真实验。本文首先介绍永磁同步电机在dq0轴系下的矢量控制数学模型,使用id=0控制策略来实现控制系统的解耦。同时使用经典PI控制的方法对电机的转速系统进行控制。随着无传感器技术的快速发展和推广,基于永磁同步电机的无速度传感器控制策略成为近几十年来普遍研究的一个热门研究课题,随着微电子芯片技术的高速发展无传感器技术已经广泛应用在工农业生产的各个领域中。本文应用滑模观测无速度传感器的控制方法实现了对永磁同步电机的控制,该控制方法对系统数学模型精度要求不高,响应速度快,对参数及外部扰动不敏感,是一种强鲁棒性的控制方法,因此非常适合应用于永磁同步电机控制系统以改善其性能。同时考虑到电机在实际运行中的动态性能不理想超调量过大的特点,本文设计了多种抗饱和的PI控制器进行比较,对系统的饱和现象起到了很好的抑制作用。在论文的结尾,简单总结了永磁同步电机的控制技术,并对全文的工作进行了总体回顾总结。同时也对永磁同步电机的未来发展方向做了一些展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁电机发展概述
• 1.2 永磁同步电机的控制策略
• 1.2.1 恒压频比控制
• 1.2.2 矢量控制
• 1.2.3 直接转矩控制
• 1.2.4 智能控制
• 1.3 永磁同步电机的无传感器控制技术
• 1.3.1 基于永磁同步电机电磁关系的转速和位置估算方法
• 1.3.2 通过计算电感值估算转速和位置
• 1.3.3 高频信号注入法
• 1.3.4 全阶状态观测器法
• 1.3.5 滑模观测器法
• 1.3.6 模型参考自适应法
• 1.4 课题的意义与主要内容
• 第二章 永磁同步电机矢量控制系统
• 2.1 永磁同步电机的结构和数学模型
• 2.1.1 永磁同步电机等效电路模型
• 2.1.2 永磁同步电机动态数学模型
• 2.1.3 永磁同步电机的坐标变换
• 2.2 永磁同步电机矢量控制原理
• 2.2.1 感应电机控制方案缤述
• 2.2.2 永磁同步电机的矢量控制方法
• 2.2.3 svpwm矢量控制技术
• 第三章 基于永磁同步电机的抗饱和控制器设计
• 3.1 抗饱和控制器简介
• 3.2 抗饱和控制器设计
• 3.2.1 死区抗饱和
• 3.2.2 条件抗饱和
• 3.2.3 误差抗饱和
• 3.2.4 误差补偿抗饱和
• 3.3 matlab仿真分析
• 第四章 基于永磁同步电机的无速度传感器设计
• 4.1 滑模变结构控制简介
• 4.1.1 变结构控制发展史
• 4.1.2 滑模变结构控制基本原理
• 4.2 滑模观测器转子位置的计算
• 4.2.1 电机在峭坐标系下的电压方程
• 4.2.2 滑模观测器的设计
• 4.2.3 自适应率的确定
• 4.2.4 滑模观测器的扩展
• 4.3 mat1ab仿真分析
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢