永磁同步電機系統(tǒng)設(shè)計與空間矢量控制.pdf

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

2、磁同步電機系統(tǒng)硬件平臺。分別設(shè)計了系統(tǒng)硬件電路的驅(qū)動模塊和控制模塊，通過設(shè)計光耦隔離模塊實現(xiàn)強弱電間信號的隔離通訊，解決了相互間的干擾問題。其中驅(qū)動模塊主要實現(xiàn)以下功能，即空間矢量電壓的實現(xiàn)、系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)信息的采集、系統(tǒng)高壓過流等保護功能;控制模塊主要實現(xiàn)對各種控制信號的采集及處理，同時實現(xiàn)系統(tǒng)控制功能。
　　 針對永磁同步電機的機理模型存在非線性、耦合性，并且在模型建立的過程中進行了簡化而引入一定的誤差，同時系統(tǒng)模型的參數(shù)隨著

3、溫度等因素的變化而發(fā)生變化，也會引入誤差。為了獲取更加簡單的系統(tǒng)模型并減小模型建立過程中引入的誤差，本文提出了在狀態(tài)解耦的基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)辨識的方法，通過運用最小二乘和頻域辨識兩種方法獲取了系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程。
　　 根據(jù)系統(tǒng)辨識獲取的系統(tǒng)狀態(tài)空間方程模型，運用最優(yōu)控制方法設(shè)計了永磁同步電機系統(tǒng)速度跟蹤控制器。針對系統(tǒng)辨識獲得的模型也存在一定誤差，同時系統(tǒng)內(nèi)部存在噪音及干擾等影響，本文對擴張狀態(tài)觀測器估計誤差的方法進行了改進，使其

4、在利用辨識模型信息的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)中辨識模型無法描述的誤差、擾動、噪音等以誤差的形式進行估計，并實現(xiàn)了前饋補償控制。
　　 根據(jù)系統(tǒng)辨識獲得的系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型，運用兩參數(shù)構(gòu)型方法設(shè)計了永磁同步電機系統(tǒng)速度跟蹤控制器。由于兩參數(shù)構(gòu)型方法對于內(nèi)部擾動不具有抑制能力，對于系統(tǒng)模型變化不具有魯棒性這些問題，所以這種方法應(yīng)用在無法獲取完全精確模型的實際系統(tǒng)中是無法實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)跟蹤的，于是，本文對兩參數(shù)構(gòu)型進行了改進設(shè)計，增加了控制系統(tǒng)內(nèi)部積分

5、模塊，提高了控制器設(shè)計階次，使其具備對于系統(tǒng)模型變化以及擾動的魯棒性，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了永磁同步電機速度跟蹤控制器，取得了很好的控制效果，實現(xiàn)了系統(tǒng)速度的穩(wěn)態(tài)跟蹤。
　　 針對永磁同步電機系統(tǒng)模型辨識復雜，同時模型誤差的大小與辨識方法具有一定關(guān)系，于是選擇運用對于系統(tǒng)模型形式要求較低、魯棒性較好的預(yù)測控制方法進行速度跟蹤控制。針對國內(nèi)、外學者設(shè)計永磁同步電機速度預(yù)測控制算法時運用的是復雜的非線性機理模型，本文提出了在系統(tǒng)狀態(tài)解耦