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基于自抗扰的永磁同步电机直接转矩滑模控制研究

葛如愿  
【摘要】:永磁同步电机因其高功率密度、高效率、高可靠性等特点,在工业控制领域中得到了广泛的应用。目前,永磁同步电机控制系统的研究受到了广泛的关注,如何对其高效控制,对推动社会进步、提高生产效率和节能减排等都具有重要意义。而直接转矩控制作为一种高性能的交流调速方法,它具有控制简单、动态响应迅速等特点。因此,永磁同步电机的直接转矩控制已成为现代交流调速领域中的研究热点。本文以永磁同步电机为研究对象,首先介绍了它的结构及特点,并建立了两相旋转坐标系下的数学模型。然后在分析直接转矩控制理论的基础上,建立了一个永磁同步电机直接转矩控制系统仿真模型。仿真结果表明,该系统存在转矩脉动大、抗扰性差等问题。针对此类问题,本文对原系统做出两处改进。其一,引入滑模控制理论来改进转矩环,即采用超螺旋滑模控制器取代转矩环中的磁链、转矩滞环比较器,并利用空间矢量脉宽调制代替电压矢量开关表。该滑模控制器通过对磁链和转矩平滑控制,可以有效减少转矩脉动。同时,为了进一步减小系统抖振,采用双曲正切函数来连续化控制量。其二,引入自抗扰控制技术来改进转速环,即采用自抗扰控制器(ADRC)取代转速环中的PI控制器。ADRC通过平滑输入值,实时估计系统所受扰动,并加以前馈补偿,从而得到精确的电磁转矩给定值。同时,为了减少ADRC中可调参数,提出采用变结构控制方法对其进行参数设计,使其整定简单且保留原有的特点。最后,在理论研究的基础上,建立了一个基于自抗扰的永磁同步电机直接转矩滑模控制系统仿真模型。仿真结果表明,改进后的系统具有动态性能好、转矩脉动小、抗扰性强、鲁棒性好的特性。


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