电机智能调速方法的仿真研究

论文摘要

电动机作为把电能转换为机械能的动力设备,已被广泛应用于工业、农业、国防军事、交通运输等各个领域。电动机的调速性能,对于提高产品质量、提高劳动生产率、节省电能方面有着直接的决定性影响。研究电机调速控制的先进理论方法和技术,不仅可以满足工业生产的实际要求、而且能够提高能源的利用效率,为国民经济的发展做出重要贡献。MATLAB是目前流行的控制系统仿真软件。由于其强大的功能,已被广泛运用于控制系统的计算、分析和设计当中,成为一种必需的工具。使用MATLAB软件对电机调速系统进行仿真分析和设计,可以大大缩短控制系统的算法设计开发周期,有利于选择最佳参数和设计最合理的系统方案。本文利用MATLAB软件特别是Simulink工具箱,构建了电机调速系统的仿真模型,对多种智能调速方法的仿真实现、性能分析和算法设计等方面进行了深入的研究。本文首先以开环直流调速系统为研究对象,采用面向电气原理结构图的仿真方法,对典型的开环直流调速系统进行仿真实验分析;其次,以双闭环直流调速系统为研究对象,设计了一种基于MATLAB与Simulink环境的双闭环直流调速系统仿真实验平台。随后,使用模糊控制的方法,利用直流电机的斩波调速原理,在MATLAB环境下,对直流电机模糊调速系统进行仿真分析,并利用仿真结果证明了方法的有效性;其后,本文根据矢量控制方法的思想和过程,采用转子磁场定向的方式,设计了一个转差型的感应电机模糊矢量控制系统,并搭建了仿真模型,通过仿真和性能分析,证明了该控制方法的实用性和有效性;最后,本文研究了一种基于混沌优化PID控制器的永磁同步电机控制方法,提出了一种动态分级的并行混沌优化算法,应用于PID控制参数优化,针对永磁同步电机的仿真结果验证了控制系统的性能,得到了比较理想的效果,从而证明了该设计思路的有效性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 电机调速系统控制
• 1.1.1 调速控制系统的发展现状
• 1.1.2 调速控制系统的计算机仿真
• 1.1.3 调速控制系统的技术指标
• 1.2 MATLAB仿真
• 1.2.1 运用MATLAB/SIMULINK建模的特点
• 1.2.2 Simulink模块
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第2章 开环直流调速系统的仿真
• 2.1 开环直流调速系统的仿真模型
• 2.2 系统的建模和模型参数设置
• 2.2.1 主电路的建模和参数设置
• 2.2.2 控制电路的建模和参数设置
• 2.2.3 系统的仿真参数设置
• 2.3 仿真分析
• 2.4 小结
• 第3章 双闭环直流调速系统的仿真
• 3.1 转速、电流双闭环直流调速系统
• 3.2 多环调速系统的设计与实现
• 3.2.1 多环调速系统的设计思路
• 3.2.2 多环调速系统仿真模型
• 3.2.3 系统的建模和模型参数设置
• 3.3 仿真结果输出及分析
• 3.4 小结
• 第4章 直流电机调速系统模糊控制
• 4.1 直流电机调速系统模糊控制
• 4.1.1 直流电机模型
• 4.1.2 直流斩波模型
• 4.2 模糊控制器的设计与仿真实现
• 4.2.1 模糊控制器的基本原理
• 4.2.2 模糊推理系统编辑器（Fuzzy）
• 4.2.3 隶属度函数编辑器（Mfedit）
• 4.2.4 模糊规则编辑器（Ruleedit）
• 4.2.5 模糊规则观察器（Ruleview）
• 4.2.6 模糊推理输入输出曲面视图（Surfview）
• 4.3 仿真实验
• 4.4 小结
• 第5章 交流感应电机的模糊矢量控制
• 5.1 矢量控制模型
• 5.2 基于模糊逻辑的感应电机矢量控制系统结构
• 5.3 模糊逻辑控制器设计
• 5.4 感应电动机矢量控制系统的Matlab/simulink仿真
• 5.4.1 转速控制器模块
• 5.4.2 定子电流磁通分量和转矩分量计算模块
• 5.4.3 磁场定向角计算模块
• 5.4.4 2/3变换器模块
• 5.4.5 电流滞环控制模块
• 5.4.6 逆变器模块
• 5.4.7 感应电机模块
• 5.5 仿真结果
• 5.6 小结
• 第6章 基于混沌优化PID控制器的永磁同步电机控制
• 6.1 动态分级的并行混沌优化算法
• 6.1.1 混沌优化算法的由来
• 6.1.2 并行混沌优化算法
• 6.1.3 动态分级的并行混沌优化算法
• 6.1.4 收敛性性能分析
• 6.2 基于混沌优化算法的永磁同步电机PID控制参数优化
• 6.2.1 永磁同步电机（PMSM）数学模型
• 6.2.2 永磁同步电机优化PID控制
• 6.3 仿真分析
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录