基于渐近趋近律的永磁同步电机滑模控制研究

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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motors,PMSM)因结构简单、控制灵活、工作可靠性高等优点,在国民经济、军工国防及先进工业领域有着广泛应用。近年来,随着电力电子技术及器件、电机控制相关理论发展上了新的台阶,先进制造业、工业对永磁同步电机调速控制系统的动、稳态品质有了更高的期待和更严苛的需求,高效高性能的控制策略以成为这些行业进一步突破的迫切需求。本文的核心目的是寻找某种高性能的转速闭环控制算法,在归纳总结现有控制策略基础上,响应快速、抗扰能力强的滑模控制算法成为较优选择,但滑模控制与生俱来的抖振成为掣肘。为此,本文以趋近律作为切入点,设计了一种基于渐近趋近律的新型滑模控制算法,旨在削弱抖振的同时提高趋近速度,从而来改善系统的调速品质,具有一定的研究价值和工程意义。本文首先介绍了PMSM调速系统的基本构成及其控制策略发展现状,在详细阐述PMSM结构和运行原理的基础上,结合能量转换守恒原理和基本电磁关系推导出了其动态数学模型,并介绍了坐标变换及矢量控制的SVPWM实现相关原理。针对传统指数趋近律存在趋近快速性和抖振严重的矛盾,在剖析成因的基础上,提出一种将系统状态变量趋近速度与滑模面切换函数相关联的渐近趋近律,来实现趋近速率自适应调整,并对两者性能做了定量分析,结果表明所设计算法能在缩短趋近时间的同时显著降低系统抖振水平。为验证所提算法的有效性,首先利用MATLAB/Simulink在选取的典型系统上初步对比指数趋近律和渐近趋近律的控制性能;其次搭建了PMSM调速控制仿真模型,在不同仿真条件情况下,对比不同控制策略下各性能指标的优劣;最后在搭建出的PMSM调速系统实验平台上进行实际实验。仿真和实验结果均表明,本文所提的渐近趋近律应用在PMSM调速系统中是合理的,具备一定的优越性。
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