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基于自抗扰技术的永磁同步电机弱磁控制研究

冯坤  
【摘要】:当今节约资源和保护环境已经成为各国发展的共识,新能源汽车就是汽车领域绿色发展的产物。而电机及其驱动系统作为新能源汽车的动力核心,一直是研究的热点。当前在新能源汽车领域,永磁同步电机(PMSM)由于其突出的性能被用作驱动电机。在实际场景中,为了满足新能源汽车的高速行驶要求需要对永磁同步电机进行弱磁升速。因此,对弱磁控制策略的研究很有必要。在此背景下,本文在基于传统弱磁控制方法的基础上,选用负直轴电流补偿算法对其进行充分研究,针对其电流调节慢和控制系统抗扰性弱的问题,进行改进优化,设计了新的弱磁控制方法,并用仿真和硬件实验对其进行验证,本文安排如下:首先从PMSM的数学模型和矢量控制方法入手,对弱磁控制基本原理进行描述,并对传统弱磁控制方法进行了模块化分析,优化了交轴电流分配方法。接着针对速度环PI调节器固有的问题进行了改进,将PI调节器替换为自抗扰控制器(ADRC),又结合矢量控制技术和电压空间矢量脉冲宽度调制技术,设计了基于自抗扰调节器的永磁同步电机弱磁控制框图。然后在Matlab/Simulink中搭建了弱磁控制系统模型,在表贴式和内置式PMSM模型下进行了启动试验和抗扰实验,验证方法的可行性,接着对比了速度环基于自抗扰控制器和速度环基于PI调节器的不同弱磁控制方法,印证本文设计弱磁控制方法的优越性。最后,设计搭建系统硬件控制平台,在DSP芯片TMS320F28335上实现软件控制程序的脱机运行,完成系统软硬件联合调试,在实验条件下验证基于自抗扰调节器的永磁同步电机弱磁控制方案的可行性。软件仿真和硬件实验数据表明,本文设计的弱磁控制方案实现简单且有较强的弱磁能力,使电机能快速稳定的达到目标转速,整个弱磁运行过程平滑无超调,并且在外界干扰条件下,仍然能够快速恢复其运行速度;应用该方法的PMSM弱磁控制系统具有良好的动态和稳态性能,能将弱磁控制的鲁棒性和带载能力有效结合起来,并对不同的PMSM模型均具有适用性,为后续的工程应用提供了思路。


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