基于双模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制系统

论文摘要

永磁同步电动机以其体积小、重量轻、效率高、功率密度大、低速输出转矩大、维护简单等优点受到了电机驱动系统研发人员的高度重视。同时直接转矩控制具有结构简单、动态响应迅速等特点,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。本文主要研究永磁同步电动机直接转矩控制系统,首先说明了选题背景和课题研究的目的和意义,再综述了永磁同步电动机直接转矩控制系统的研究现状。以三相交流永磁同步电机(PMSM)为研究对象,研究了永磁同步电机直接转矩控制方法的基本原理,在分析永磁同步电机结构及特点的基础上,给出了其数学模型和运动方程,深入探讨了直接转矩控制在永磁同步电机上的应用理论基础。详细分析了永磁同步电机直接转矩控制系统转矩脉动产生的原因,讨论了零电压矢量在系统中的特殊作用,在此基础上提出了双模糊直接转矩控制方法,分别用模糊控制器和模糊PI控制器代替转矩磁链滞环比较器和PI速度调节器,以期改善系统的性能。利用磁链角的对称特性进行映射,改进了模糊控制规则表,减少了模糊控制规则数,使控制器更易于实现和实时性更强。借助MATLAB/SIMULINK工具,对双模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制系统进行了仿真实验,得到了与理论分析一致的实验结果;验证了本课题所提出的双模糊控制策略的可行性;对比表明该方法明显的优于常规的直接转矩控制,减少了永磁同步电机的转矩脉动,提高了系统的控制性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文研究内容及结构安排
• 第二章 永磁同步电机结构及数学模型
• 2.1 永磁同步电机的结构和分类
• 2.2 永磁同步电机的基本控制策略
• 2.2.1 变压变频控制
• 2.2.2 磁场定向控制
• 2.2.3 直接转矩控制
• 2.3 坐标变换原理
• 2.3.1 定子三相和两相以及转子两相旋转坐标系
• 2.3.2 Clarke变换和Park变换以及静止三相/任意速度旋转两相变换
• 2.4 永磁同步电机的数学模型和运动方程
• 2.5 永磁同步电机直接转矩控制理论基础
• 2.6 本章小结
• 第三章 永磁同步电机直接转矩控制系统的组成
• 3.1 永磁同步电机直接转矩控制的基本原理
• 3.1.1 逆变器的数学模型和电压空间矢量
• 3.1.2 电压空间矢量对定子磁链的影响
• 3.1.3 电压空间矢量的正确选择
• 3.1.4 永磁同步电机直接转矩控制系统的基本结构
• 3.2 永磁同步电机直接转矩控制系统仿真
• 3.2.1 仿真模型的建立
• 3.2.2 仿真模型各模块单元的实现原理
• 3.3 本章小结
• 第四章 永磁同步电机双模糊直接转矩控制
• 4.1 永磁同步电机直接转矩控制系统转矩脉动分析
• 4.1.1 低速转矩脉动产生的原因
• 4.1.2 智能控制在永磁同步电机交流调速中的应用
• 4.2 零矢量在永磁同步电机控制中的作用分析
• 4.3 模糊控制的基本原理
• 4.3.1 模糊控制系统的组成
• 4.3.2 模糊控制器各单元的设计
• 4.4 基于双模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制系统
• 4.4.1 转矩磁链模糊控制器的设计
• 4.4.2 转速模糊PI控制器的设计
• 4.5 仿真结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录