【摘 要】
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永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其具有结构紧凑、高效率、高力矩惯量和高功率密度等突出优点,在加工制造业、新能源汽车和家电等领域有着广泛的应用。由于PMSM是一类多变量、强耦合、非线性模型,当调速系统中存在参数摄动或负载扰动等不确定因素时,传统的矢量控制将难以满足电机调速系统的高性能控制要求,一些先进控制策略被广泛应用到了PMSM调速系
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永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其具有结构紧凑、高效率、高力矩惯量和高功率密度等突出优点,在加工制造业、新能源汽车和家电等领域有着广泛的应用。由于PMSM是一类多变量、强耦合、非线性模型,当调速系统中存在参数摄动或负载扰动等不确定因素时,传统的矢量控制将难以满足电机调速系统的高性能控制要求,一些先进控制策略被广泛应用到了PMSM调速系统中。为了改善传统PI控制方案对PMSM调速系统不确定因素的鲁棒性和动态品质不理想问题,本文进行了以下相关内容的研究:第一、二章主要介绍了永磁同步电机调速系统先进控制方法的国内外研究现状及矢量控制基本理论。第三章提出了带ESO滑模速度控制的PMSM调速系统H∞鲁棒整形电流控制策略。首先,利用耗散系统在不考虑干扰因素时具有渐进稳定性的特点,设计了基于端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型的H∞鲁棒整形电流控制器,增强了电流控制的鲁棒性。其中整形控制器通过阻尼配置实现了系统的快速收敛性,提高了电流跟踪速度。在此基础上,为了进一步提高系统对负载扰动等不确定因素的鲁棒性,设计出基于扩张状态观测器(ESO)的滑模速度控制策略来提供q轴期望的电流qi(9),构成双闭环控制结构。最后,通过Matlab/Simulink仿真和半实物仿真实验验证了所提出控制策略的有效性和可行性。第四章提出了基于线性矩阵不等式(LMI)的永磁同步电机调速系统鲁棒H∞滑模控制策略。首先,在运动方程扩展状态空间表达式下,设计了基于线性矩阵不等式的H∞状态反馈控制器增益构成滑模面,进一步设计出滑模控制律,得到了鲁棒H∞滑模速度控制器,确保了系统的鲁棒稳定性和H∞扰动衰减度。其次,在电流方程扩展状态空间表达式下,同理设计出滑模面和滑模控制律,并构造自适应律辨识出电流方程中的复合项?ρ,消除了滑模增益选取的保守性,得到了鲁棒H∞自适应滑模电流控制器。最后通过Matlab/Simulink仿真和半实物仿真实验验证了所提出控制策略的有效性和可行性。第五章提出了基于PCHD/误差模型的PMSM调速系统H∞鲁棒控制策略。首先,将PMSM数学模型转化为端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型,使调速系统在不考虑干扰因素时具有稳定鲁棒性。在此基础上,考虑干扰因素设计了基于哈密顿-雅可比不等式(HJI)的H∞鲁棒电流控制器,消除了整形控制环节,简化了控制器结构。然后,将永磁同步电机数学模型转化为状态空间表达式误差模型,考虑干扰因素设计了基于HJI的H∞鲁棒电流控制器,简化了控制器求解过程,实现了电流控制的性能鲁棒性,并证明了其稳定鲁棒性。最后,通过Matlab/Simulink仿真和半实物仿真实验验证了所提出控制策略的有效性与可行性。第六章对全文所做的工作进行了总结,并指出了论文撰写工作中的不足和下一步的研究方向。该论文有图46幅,表10个,参考文献96篇。
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