永磁同步電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與空間矢量控制.pdf

1、永磁同步電機(jī)相對(duì)于其它電機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如噪音低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗小、節(jié)約電能、功率因數(shù)高等，因此被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)當(dāng)中，主要涉及航空航天、機(jī)床工具等領(lǐng)域，市場(chǎng)需求量巨大，已經(jīng)成為中小功率伺服系統(tǒng)的主流之選。因此，永磁同步電機(jī)的高精度控制一直是近二十年來(lái)控制界的研究熱點(diǎn)。由于永磁同步電機(jī)的非線性、耦合性、時(shí)變性以及永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)存在強(qiáng)弱電結(jié)合等因素，導(dǎo)致永磁同步電機(jī)控制也是控制界研究的難點(diǎn)之一。
　　 本文搭建了永

2、磁同步電機(jī)系統(tǒng)硬件平臺(tái)。分別設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件電路的驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊，通過(guò)設(shè)計(jì)光耦隔離模塊實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電間信號(hào)的隔離通訊，解決了相互間的干擾問(wèn)題。其中驅(qū)動(dòng)模塊主要實(shí)現(xiàn)以下功能，即空間矢量電壓的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的采集、系統(tǒng)高壓過(guò)流等保護(hù)功能;控制模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種控制信號(hào)的采集及處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能。
　　 針對(duì)永磁同步電機(jī)的機(jī)理模型存在非線性、耦合性，并且在模型建立的過(guò)程中進(jìn)行了簡(jiǎn)化而引入一定的誤差，同時(shí)系統(tǒng)模型的參數(shù)隨著

3、溫度等因素的變化而發(fā)生變化，也會(huì)引入誤差。為了獲取更加簡(jiǎn)單的系統(tǒng)模型并減小模型建立過(guò)程中引入的誤差，本文提出了在狀態(tài)解耦的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)的方法，通過(guò)運(yùn)用最小二乘和頻域辨識(shí)兩種方法獲取了系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程。
　　 根據(jù)系統(tǒng)辨識(shí)獲取的系統(tǒng)狀態(tài)空間方程模型，運(yùn)用最優(yōu)控制方法設(shè)計(jì)了永磁同步電機(jī)系統(tǒng)速度跟蹤控制器。針對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)獲得的模型也存在一定誤差，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部存在噪音及干擾等影響，本文對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器估計(jì)誤差的方法進(jìn)行了改進(jìn)，使其

4、在利用辨識(shí)模型信息的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)中辨識(shí)模型無(wú)法描述的誤差、擾動(dòng)、噪音等以誤差的形式進(jìn)行估計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了前饋補(bǔ)償控制。
　　 根據(jù)系統(tǒng)辨識(shí)獲得的系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型，運(yùn)用兩參數(shù)構(gòu)型方法設(shè)計(jì)了永磁同步電機(jī)系統(tǒng)速度跟蹤控制器。由于兩參數(shù)構(gòu)型方法對(duì)于內(nèi)部擾動(dòng)不具有抑制能力，對(duì)于系統(tǒng)模型變化不具有魯棒性這些問(wèn)題，所以這種方法應(yīng)用在無(wú)法獲取完全精確模型的實(shí)際系統(tǒng)中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)跟蹤的，于是，本文對(duì)兩參數(shù)構(gòu)型進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加了控制系統(tǒng)內(nèi)部積分

5、模塊，提高了控制器設(shè)計(jì)階次，使其具備對(duì)于系統(tǒng)模型變化以及擾動(dòng)的魯棒性，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了永磁同步電機(jī)速度跟蹤控制器，取得了很好的控制效果，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)速度的穩(wěn)態(tài)跟蹤。
　　 針對(duì)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)模型辨識(shí)復(fù)雜，同時(shí)模型誤差的大小與辨識(shí)方法具有一定關(guān)系，于是選擇運(yùn)用對(duì)于系統(tǒng)模型形式要求較低、魯棒性較好的預(yù)測(cè)控制方法進(jìn)行速度跟蹤控制。針對(duì)國(guó)內(nèi)、外學(xué)者設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)速度預(yù)測(cè)控制算法時(shí)運(yùn)用的是復(fù)雜的非線性機(jī)理模型，本文提出了在系統(tǒng)狀態(tài)解耦