基于参数辨识的高性能永磁同步电机控制策略研究

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1、基于参数辨识的高性能永磁同步电机控制策略研究第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义伺服系统(ServoMechanism)，又称随动系统。在工业界领域，将对机械位移以及它的一阶和二阶导数的控制称为伺服(位置伺服)，而这些位移多为旋转角度或直线位移，伺服系统的作用就是使得系统的位置输出快速准确地跟随系统输入的变化。数控机床、机械加工、电动汽车和工业机器人等都是伺服驱动系统的典型应用。特别是数控加工系统，由于其具有高精度、高效率、高柔性等特点，因此成为机械加工领域的核心部件，在国民经济的发展中，占据极其重要的地位。微机数字控制系统、进给控制系统以及主轴控制系统组成了数控机床的电力电子控制

2、部分。当上位机发出对应的运行指令时，伺服系统能够快速准确地完成指令动作的目标，主轴驱动与之相似，两者相互配合实现对物件的精密加工。可以看出，在数字加工领域中伺服系统是其重要的执行部件，伺服系统的性能就直接决定了自动化加工的精度和效率。而在自动化加工设备中伺服系统也占据着很大的比重。也正因如此，越来越多的人将注意力集中于数控加工系统中的伺服驱动系统的性能。对于一个高性能的数控加工系统而言，其加工精度主要取决于机械设计结构和作为执行部件的伺服系统性能，因此需要高性能的伺服系统与之相配合，才能提高数控加工系统的精度、效率等关键技术指标。90年代至今，随着数字信号处理器以及功率开关器件等关键执行

3、器件的发展，伺服驱动控制系统的被控对象也由步进电机和直流电机逐步过渡到交流电机领域。而又由于永磁材料的迅猛发展，尤其是稀土永磁材料的大量应用，使得交流永磁伺服系统占据着当今伺服领域的主要份额。..........1.2永磁同步电机电流环控制策略的研究现状为了精确地控制电机的机械转矩和磁通量，控制电机电流的方法是至关重要的。本文着重考虑基于电压源型逆变器的三相交流电机的电流控制技术。本文将重点集中于电压源型逆变器，是由于它们被广泛的应用于中小功率伺服应用场合。然而在大功率的应用场合中，通常采用电流源型逆变器作为电能转换器件。目前学者们提出了诸多种类的电流控制策略，本文将它们按照线性控制和非

4、线性控制原理分为两大类，并分别进行介绍。线性电流控制器一般采用传统的电压型P(pulseodulation)调制方式[1-15]。而具有明确且独立的误差抑制和调制环节是线性电流控制策略与非线性电流控制策略的主要区别。根据线性电流控制策略的特点，可以得到SP调制、SVP调制和OptimalP调制等三种开环调制方式的优点，即固定的开关频率、确定的谐波含量、优化的开关方式以及优化的直流母线利用率。此外在线性控制策略中，对于整体控制结构的完全独立设计和对于系统的开环测试均可以很容易的实现。线性电流控制可分为：静止轴系PI(proportionalintegral)控制、旋转轴系PI控制状态反馈控

5、制和基于模型的预测控制等。.......第2章基于鲁棒性设计的电流预测控制算法2.1引言尽管伺服系统大多运行在位置控制或速度控制回路中，但是电流环作为伺服系统三环控制结构的最内环，它的性能的好坏直接影响伺服系统的整体性能。由于国外高性能伺服产品中电流环并不开放，因此难以判断它们的电流环控制策略，但从其高性能的电流控制效果可以判断，他们采用的是更高级的电流控制策略。但是工业界应用最广泛的比例积分调节器仍然是国内伺服产品中主流的电流控制策略。这种控制结构简单且控制方便，但无法使系统的电流环达到最优的带宽响应，并且当系统中存在由于电流采样和P调制而引起的延时现象时，采用比例积分调节器的电流环性

6、能会进一步下降。本章内容以提高电流环性能为目标，在对比分析了目前诸多种类的电流环控制策略的基础上，提出了基于无差拍原理的电流预测控制策略。通过进一步的研究发现，该算法对系统模型参数十分敏感，尤其是当模型电感误差达到两倍时，系统将发散。因此，为了提高无差拍电流预测控制的参数鲁棒性，以Luenberger电流观测器为基础，提出了鲁棒电流预测控制算法。并研究了该算法对系统动态响应的影响。最后给出了仿真和实验的数据分析。.......2.2系统数学模型的建立由于永磁同步电机在静止轴系下的数学模型是属于多变量、强耦合的系统，因此当今绝大多数永磁同步电机的电流控制策略都是在坐标变换后的同步旋转轴系下

7、进行控制的。这样做的优点是可以独立控制电机的d-q轴电流，也就是对电机的转矩和励磁进行独立的控制。坐标变换基本思想就是将三相静止交流信号，通过矢量旋转的原理分解为同步旋转轴系下的直流信号。其原理如下：首先将静止轴系下的a,b,c三相投影到静止轴系下的α-β坐标系下，其原则是保持坐标变换前后总功率不变。以三相电流为例其坐标变换公式为Clark变换，如式2-1所示。其矢量关系如图2-1所示。对应的由两相静止轴系变换