基于无速度传感器的永磁同步电机PCH控制

论文摘要

永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,简称PMSM),具有体积小、重量轻、效率高等优点,因此在现代交流运动控制系统中应用越来越广泛。近年来基于无速度传感器的PMSM控制技术得到广泛关注,采用无速度传感器技术代替传统的机械式传感器,不仅降低了系统成本,还增加了系统的稳定性。本文在课题组多年来研究电机端口受控哈密顿(PCH)控制的基础上引入了无速度传感器控制技术来估计电机转速和位置,实现了电机的速度和位置控制。第一,阐述了永磁同步电机控制系统的国内外发展状况,永磁同步电机控制系统的主电路,控制电路,控制策略以及无速度传感器控制方法,并分析了各种控制方法的优缺点。第二,介绍了坐标变换,永磁同步电机的数学模型以及矢量控制等,并基于矢量控制原理和SVPWM方法对永磁同步电机的速度控制做了仿真研究。第三,研究了端口受控哈密顿系统的能量成形控制方法,即状态PCH和状态误差PCH方法,以及基于这两种方法的永磁同步电机速度控制和基于无速度传感器控制方法的永磁同步电机PCH速度控制。本文介绍了三种速度估计方法,包括模型参考自适应法,滑模变结构法和基于状态观测器的方法,建立了仿真模型,仿真结果证明了该控制方法具有良好的静态和动态性能,同时具有很好的抗负载扰动能力。第四,利用状态误差PCH方法和基于模型参考自适应的无速度传感器位置控制方法完成了PMSM位置控制,建立仿真模型,仿真结果验证了该方法具有良好的控制性能。最后,针对本文内容做了总结,指出了在以后的学习中还需要解决的问题和研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究目的和意义
• 1.2 永磁同步电机控制系统的国内外研究动态
• 1.2.1 永磁同步电机控制系统的主电路和控制电路
• 1.2.2 永磁同步电机的控制策略
• 1.3 永磁同步电机的无速度传感器控制方法
• 1.4 本文主要研究内容与章节安排
• 第二章 永磁同步电机的数学模型与矢量控制
• 2.1 坐标变换
• 2.1.1 三相静止/两相静止变换（clark变换）
• 2.1.2 两相静止/两相旋转变换（park变换）
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机的原始数学模型
• 2.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系上的数学模型
• 2.2.3 永磁同步电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制与仿真
• 第三章 基于端口受控哈密顿原理的永磁同步电机速度控制
• 3.1 端口受控哈密顿（PCH）系统
• 3.1.1 欧拉-拉格朗日（EL）方程与哈密顿方程
• 3.1.2 端口受控哈密顿（PCH）系统
• 3.1.3 端口受控耗散哈密顿（PCHD）系统
• 3.2 端口受控耗散哈密顿系统的能量成形控制方法
• 3.3 永磁同步电机速度控制PCHD模型
• 3.4 永磁同步电机速度控制系统平衡点的确定
• 3.5 基于状态PCH和状态误差PCH控制方法的永磁同步电机速度控制
• 3.5.1 负载转矩恒定已知时的控制器设计
• 3.5.2 负载转矩未知时控制器的设计
• 第四章 基于无速度传感器的永磁同步电机PCH速度控制
• 4.1 基于模型参考自适应的PMSM无速度传感器PCH速度控制
• 4.1.1 基于模型参考自适应的PMSM转速估计与速度控制器求取
• 4.1.2 系统仿真
• 4.2 基于滑模变结构方法的PMSM无速度传感器PCH速度控制
• 4.2.1 滑模变结构控制的基本原理
• 4.2.2 滑动模态的存在和到达条件
• 4.2.3 滑模变结构控制的趋近律
• 4.2.4 基于滑模变结构方法的PMSM转速估计
• 4.2.5 系统仿真
• 4.3 基于观测器原理的PMSM无速度传感器PCH速度控制
• 4.3.1 一类特殊的端口哈密顿系统
• 4.3.2 观测器设计原理
• 4.3.3 PMSM的转速观测器设计
• 4.3.4 系统仿真
• 第五章 基于无速度传感器的永磁同步电机PCH位置控制
• 5.1 基于PCH原理的永磁同步电机位置控制
• 5.1.1 永磁同步电机的PCH位置控制模型
• 5.1.2 基于状态误差PCH方法的PMSM位置控制原理
• 5.1.3 永磁同步电机位置控制系统控制器设计
• 5.1.4 系统仿真
• 5.2 基于无速度传感器的永磁同步电机PCH位置控制与仿真
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢