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永磁同步电机非线性控制算法研究

王磊  
【摘要】: 永磁同步电机(PMSM)因其体积小、磁密度高、可靠性好以及对环境适应性强等诸多优点,被广泛应用于工农业生产和航空航天等领域。而伴随着这些领域的不断发展,更高的调速精度、更大的调速范围以及更快的响应速度成为永磁同步电机调速系统的迫切要求。本文在总结PMSM速度控制系统发展概况的基础上,详细介绍了现在通用的内嵌式PMSM数学模型的建立过程,并在此模型基础上进行PMSM非线性控制算法的研究。 PMSM是一种多变量、强非线性、高耦合性、时变被控对象。本文首先介绍PMSM在d-q坐标系下的数学模型,分析矢量控制策略,并选择了i_d=0控制策略以实现系统的解耦。而针对PMSM的强非线性,采用反步非线性控制的方法,其设计参数少,便于工程实现;另外,反步法是从Lyapunov稳定性出发设计的,因此能够保证系统的稳定性。考虑到PMSM在实际运行中的负载转矩和电阻等参数不确定性,提出了在系统中加入自适应参数估计的方法,有效的抑制了系统这些参数变化对速度控制系统的不利影响。随着应用领域的推广和不同领域对于电机性能的要求不同,在一些要求复杂调速的领域,永磁同步电机的目标转速是随时间变化而不断变化的。为了使调速系统能够有效紧密的跟踪所要求的转速,本文提出了基于时变速要求的变速跟踪控制方案,设计了反步自适应变速跟踪控制器。考虑到测速器在系统造价高、可靠性低等各方面缺点,本文在反步自适应变速跟踪的基础上设计了速度估测器来代替测速器。经过理论证明和仿真结果分析,论证了以上所有控制器和估测器的有效性。 在论文的最后,对全文的工作做了总结,并对PMSM速度控制系统的研究工作进行了展望。


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