基于模型设计的永磁同步电机自抗扰复合控制研究

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随着社会科技水平的不断发展,特别是交流电力系统、电力电子技术、交流电机控制理论和永磁材料技术的不断发展,永磁同步电机伺服控制系统在很多领域得到了广泛的应用。永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、体积小、效率高等优点,但永磁同步电机的缺点也很明显,它是一个耦合性较强、变量较多并且是个非线性的系统,以及各种不确定因素。因此,控制方法的选择会对电机控制效果具有较大的影响。用于检测电机位置的编码器属于易损器件,一旦失效会造成严重影响,并且提高编码器的精度需要花费较大的成本代价。本学位论文将基于以上两个PMSM调速系统的常见问题开展研究,探索基于自抗扰控制的复合调速理论和基于滑模观测技术的无速度传感方法及其实验室验证。再次,因为传统算法的开发,例如用传统的C语言进行编程时具有一定的缺点,比如开发难度相对较大、开发周期较长、开发效率低等。为了能够加快系统的开发进程以及降低开发的难度,本文将采用一种基于模型设计的开发方法对PMSM的控制算法进行研究。该方法不仅能够降低开发的难度、提高系统开发的进程而且能够实现仿真与硬件电路的有效结合。首先,本文对PMSM的结构和工作原理进行了分析,描述了 PMSM在不同坐标系下的数学模型,描述了电压空间矢量SVPWM的控制原理,并研究基于DSP模型设计的系统开发流程,搭建了基于DSP模块的PMSM矢量控制系统的设计与仿真,对各个模块进行了详细的分析并通过对仿真结果的分析验证了该系统的可行性。然后,研究基于DSP模块矢量控制系统的实验,其中包括了控制系统的硬件电路设计,控制系统的软件部分设计包括中断模块、AD采样模块、PWM模块、QEP模块以及基于MATLAB的上位机部分设计,最后通过对实验结果的分析验证了此系统的正确性。之后,针对系统存在建模误差、外部不确定干扰等问题。本文研究了基于DSP模块化编程的PMSM自抗扰控制,包括自抗扰控制的工作原理,简化后的自抗扰控制器,PMSM速度环的自抗扰控制器的设计,并通过与PID实验的对比验证了该方法具有更好的控制效果。最后,由于对PMSM的驱动控制需要通过编码器获取转速与位置信号,但编码器属于易损器件并且提高编码器的精度需要付出很大的代价。因此本文引入了无速度传感控制方法,使用传统滑模观测器对永磁同步电机的位置信号与速度信号进行观测,从而取代编码器的作用。对无速度传感控制方法和原理进行了分析,并在此平台上对无速度传感算法进行了实验,实验结果验证了该方法的可行性。
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