基于积分滑模控制的PMSM速度控制系统的研究与设计

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随着人工智能的迅速发展以及电力电子技术的提升,对于伺服电机位置以及速度的控制凸显的尤为重要。目前PMSM驱动控制系统在各种传动系统、新能源汽车,机器人等领域应用非常广泛。对PMSM控制系统又提出了诸如高速度性能、更高的抗干扰能力、更好的稳定性等要求,传统的PI速度环节方式已经不能满足需求。本文结合文献资料,提出了一种基于积分器的滑模变结构控制替代传统的PI控制的速度环设计方法,改进的滑模控制方法不再采用原本的滑模面函数而是采用积分滑模面函数,使PMSM控制系统具有高速度响应特性。并设计了基于DSP28335的PMSM控制系统,以此来满足新能源汽车用PMSM控制系统的速度响应,抗干扰等需求。首先,通过研究矢量控制中的坐标变换,Clarke变换以及Park变换,以及相应的逆变换,可以分解出PMSM的d-q轴的电压与力矩方程,建立PMSM d-q轴的数学模型。通过对SVPWM驱动方式的分析与研究,以及相应矢量控制原理的研究,并建立基于积分滑模速度控制以及d-q轴电流PI控制的PMSM控制系统Simulink仿真模型,依靠调整仿真参数以及相应的仿真波形来验证方案的可行性,并完成了积分滑模速度控制与PI速度控制效果的对比。其次,本文对数学模型以及仿真模型进行搭建,搭建了系统硬件电路,编写了基于DSP28335的软件代码。同时对包括DSP28335最小系统、接口、检测、逆变、吸收、驱动及保护等电路进行分析和设计。采用TMS320F28335为控制核心,选取IGBT模块FF450R12KT4为驱动核心,提高了系统集成度。采用AD2S1210与旋转变压器配合一起读取永磁同步电机转子位置信息。软件代码中以主程序代码为主要设计流程,将控制策略融合进去,其中包括SVPWM程序,以及相应的PI环节,积分滑模速度环节等。最后,本文通过调研PMSM控制系统对速度响应的要求,设计并完成了永磁同步电机实验平台,通过实验验证积分滑模速度控制具有更强的稳定性,超调小,速度响应快,鲁棒性强等优点。验证系统达到速度要求,也同时验证了本文理论基础的正确性以及系统硬件软件的完整以及稳定性。很好的证明这套控制方法适合应用在车辆PMSM控制系统中。
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