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畢業論文——基于線性-滑模控制的永磁同步電機速度調節器設計(編輯修改稿)

2026-07-16 17:49 本頁面

　

【文章內容簡介】換及電機電磁轉矩方程為基礎的，面裝式永磁同步電動機，交直軸電感相等，有（29）即PMSM和直流電機具有類同的電磁轉矩方程。由于由電機的永磁體轉子產生，其值恒定。因此對PMSM而言，可以考慮用控制直流電機的方法控制PMSM轉矩，從而獲得和直流電動機類似的控制效果。在PMSM中，電機ABC三相繞組分別通入交流電，不僅這三相繞組間互相耦合，而且三相繞組又與轉子永磁體勵磁磁場耦合。矢量控制電流反饋解耦的主要影響因素分析影響電流環控制性能的因素主要有零點漂移、電流器調節參數和反電勢干擾等，由于本系統電流環采用DSP實現數字化電流環控制、PWM信號產生，而數字運算則不存在模擬電流環中給定信號、PI調節器。三角波發生器等零點漂移。只有電流檢測部分由于需要才有電流傳感器和運算電路處理，仍然存在零點漂移，因此要是系統性能優異最好采用高性能、零漂小的電流傳感器和運算放大器進行反饋電流處理。另外，對于PMSM，有電壓平衡方程（210）式中：為電機電樞端口電壓，為電機反電動勢，電機反電動勢正比于轉速，由式(210)可以看出，逆變器直流電壓為恒值，當隨轉速上升而增大時，將使電機電樞繞組上的凈電壓減少，定子繞組電流變化率降低，進而使對電流環的干擾增大，而電機反電動勢是一個與諧波無關，幅值和相角不連續的電壓信號，因此它將是影響電流控制環性能的一個最主要因素。在低速時，電機反電動勢小，通過PI電流調節器積分環節的調節可基本抵消反動勢干擾，電流跟隨誤差很小，因而總的電流控制特性良好；但在高速時，由于電機反電動勢的干擾使得外加電壓與電動勢的差值減小，實際電流和給定電流間將出現明顯的幅值、相位偏差，當電機轉速很高時，實際電流甚至無法跟隨給定電流。此時將不能忽略反電勢，必須抑制反電勢的影響。在保證系統穩定性的前提下，增大電流調節器的比例系數，減小積分時間常數可以在一定程度上減小反電勢對電流環性能的影響。但是，高比例系數又會放大諧波電流使輸出電流的性能變差，而且積分系數減小也會使電流穩態誤差變大。坐標變換坐標變換通常分成“等量”和“等功率”變換兩種。“等量”坐標變換是指變換前后通用矢量相等，也稱2/3變換。“等功率”變換在坐標變換前后功率相等，或稱√2/3變換。實際情況時，可根據具體要求任意選用兩種變換。這里遵循“等功率”原則進行坐標變換。變換過程的參考坐標系如圖24示。圖24 電機定、轉子參考坐標系圖中定義軸系的軸與靜止空間坐標系中的參考軸線即定子A相繞組重合，軸超前軸90176。的電角度。由于軸與在A相繞組軸線重合，故稱軸系為電機三相靜止坐標系。同時定義系統的軸與電機轉子磁極的軸線重合，且系統軸超前軸90176。電角度，A相定子繞組與軸之間的夾角為，軸坐標系在空間上隨電機轉子以電角度一同旋轉，稱為旋轉坐標系。定子三相靜止坐標系ABC與兩相靜止坐標系之間的變換為Clarke變換即3/2變換，其變換公式為（211）兩相靜止坐標系到定子三相靜止坐標系ABC的Clarke逆變換公式為（212）對于繞組是Y形連接的電機，存在將此式代入（212）得（213）它的逆變公式為（214）兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系之間的Park變換，即2/2變換的變換公式為，其逆變公式為第3章基于滑模控制的速度調節設計滑模變結構控制本質上是一類特殊的非線性控制，其非線性具體表現為對系統的控制的不連續性。該特性可以迫使所控制的系統在規定的條件下沿一定的軌跡以較高頻、較小振幅上下運動，此即所謂的滑模運動。開關切換使得系統在整個過程中不斷改變其結構，而開關的切換動作則受“滑動模態”控制，而滑動模態是可以設計的。滑模變結構的優點是不需對系統精確觀測、控制律整定的方法簡單、當擾動出現時系統響應和調整速度快，具有很好的魯棒性。因此滑模變結構控制在電機控制系統中得到了深入的研究并獲得了許多成功的應用。變結構控制理論，不是一種分析方法，而是一種綜合方法，因此，其重點是系統的設計問題。設計問題包括兩個方面的內容： (1)選擇切換函數，或者說確定切換面毛； (2)求取控制律。設計的目標即變結構控制的三要素為： (1)所有相軌跡于有限時間內到達切換面； (2)切換面存在滑動模態區； (3)滑動運動漸進穩定并具有良好的動態品質。從實際應用的觀點來說，當要構成一個滑模變結構控制系統時，往往會遇到控制學上昀一些問題，如系統的魯棒性、對系統外部存在的持續擾動的處理以及滑模變結構控制系統固有的“抖動”問題。設有一個控制系統 (31)為系統狀態分量，為系統的控制輸出向量。確定一個切換矢量函 (32)求解控制函數 (33)其中，使得切換面以外的相軌跡于有限時間內進入切換面；切換面是滑動模態區；滑模運動漸進穩態且動態品質良好。這樣的控制系統稱為滑模變結構控制系統，或簡稱為變結構控制系統。滑模變結構控制器設計的基本步驟分為以下兩步： (1)設計切換函數，使其所確定的滑動模態漸進穩定且具有良好的

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