毕业课题论文——基于线性滑模控制永磁同步电机速度调节器设计.docVIP

毕业设计（论文） 基于线性-滑模控制的永磁同步电机速度调节器设计 指导老师：肖海峰 学生 ：刘劭枫 学号 ：1030301133921 班级 ：电气1339 专业 ：电气自动化技术 院系 ：电气工程系 学校 ：西安航空学院 摘 要 随着电力电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料和控制理论的飞速发展，永磁同步电动机在中小功率的运动控制系统中得到了广泛应用，尤其是在伺服传动领域，永磁同步电动机逐步取代直流电动机、步进电动机成为伺服驱动的发展方向。因此，研究以永磁同步电动机为执行电机、以数字信号处理器为核心器件、采用矢量控制策略实现全数字式的永磁同步电动机系统具有十分重要的现实意义。 本文首先建立了永磁同步电动机的数学模型，深入研究了永磁同步电动机的矢量控制理论，并在此基础上讨论了永磁同步电动机的控制方案，经比较矢量控制的四种电流控制方法，确定了基于id =0的矢量控制方案及其电流反馈控制系统结构，并分析了电流解耦的主要影响因素。最后从滑模变结构理论出发，针对永磁同步电动机矢量控制系统，设计了滑模变结构与PI的组合速度环控制器，克服了常规滑模控制器(VSC)在滑模面附近的高频颤动，提高了稳态精度。 随后利用Matlab软件建立了基于滑模变结构的永磁同步电动机矢量控制系统的仿真模型，并在此基础上进行了大量的仿真研究。同时结合实际系统，介绍了以TMS320F2812力控制核心的全数字化永磁同步电机控制系统的硬件和软件设计，对控制系统硬件和软件各部分的结构和功能作了详细阐述。此外，还利用所建立的实验平台进行了大量的实验研究。仿真及实验结果均表明本系统具有良好的动静态特性以及较高的精度。可以满足伺服控制的需要。 关键词永磁同步电动机；矢量控制；滑模变结构组合控制；空间电压矢量脉宽调制 目 录 摘 要 2 第1章 绪论 4 1.1设计的背景介绍 4 1.2 PMSM及其控制技术发展的概况 5 第2章PMSM的数学模型 6 2.1 PMSM的数学模型 6 2.1.1静止坐标系下永磁同步电机的数学模型 6 2.1.2旋转坐标系下PMSM的数学模型 8 2.2 PMSM矢量控制的基本原理 10 2.2.1矢量控制电流反馈解耦系统结构分析 11 2.2.2坐标变换 12 第3章 基于滑模控制的速度调节设计 14 3.1滑模变结构控制基本原理 14 3.1.1滑动模态的定义及数学表达 14 3.1.2滑模变结构控制的设计方法 15 3.2滑模变结构速度控制器 15 3.2.1永磁同步常规滑模速度控制器的设计 15 3.2.2滑模控制与PI结合控制器的设计 17 第4章 系统仿真分析 18 4.1 MATLAB简介 18 4.2 PMSM控制系统的仿真结果和波形分析 19 结论 22 参考文献 23 第1章 绪 论 1.1 设计的背景介绍 随着现代工业自动化的发展，对伺服控制系统提出了更多性能方面的要求，而以永磁同步电动机( PMSM)为执行机构的伺服系统由于具有稳定性好、精度高和功率大等特点，使其逐渐成为现行伺服系统的主流。目前，PMSM已经广泛应用于国家经济建设中的各个领域。因此，研究和开发永磁同步电动机伺服控制系统具有非常广阔的应用前景。 对伺服装置提出的要求主要是定位精确、跟随误差小、响应快、无超调和调速范围宽等。由永磁同步电动机构成的伺服传动系统则比较容易实现。永磁同步电动机采用永磁体提供转子磁场，具有结构简单、体积小、重量轻、高动态响应和高可靠性等优点，因此使得永磁同步电动机伺服系统成为高精度、微进给系统的最佳执行机构。 综上所述，选用矢量控制技术的永磁同步电动机伺服控制系统，不仅能够克服同步电动机标量控制与直接转矩控制的缺点，而且使永磁同步电动机的调速范围、抗扰特性、启制动特性、稳速特性均达到直流调速系统的水平。另外，矢量控制技术对系统处理的实时性、快速性要求很高。 由于PMSM自身的特点，使其引起了人们广泛关注。而矢量控制技术一是结构简单、稳定性好、动态响应快。近几年来国内不少高校对PMSM及PMSM矢量控制系统进行了深入研究，但是国内外产品在实用化方面却存在着较大的差距。因此，结合国内在PMSM矢量控制系统领域理论研究较多、系统实现较少的现状，将其侧重点放在系统的基本实现上，研究设计出一套能够实现矢量控制的完备的软硬件平台，使基于矢量控制技术的PMSM伺服系统的国产化、商品化，对国民经济建设具有重要而深远的现实意义。 1.2 PMSM 及其控制技术发展的概况 出现于19 世纪20年代的世界首台电机，其励磁磁场就是由永磁体产生的。但由于当时用的永磁材料为天然的磁铁矿石，不仅磁能密度低，而且用它制成的永磁体电机体积庞大，使其不久便被电励磁电机所取代。