永磁同步电机精密伺服系统仿真研究及应用

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1、学校代号10530学号201230111760分类号TM71密级工程硕士学位论文永磁同步电机精密伺服系统仿真研究及应用学位申请人谢先铭指导教师兰志勇副教授学院名称信息工程学院学科专业电气工程（专业硕士）研究方向电力传动控制技术二〇一五年五月二十六日ThesimulationresearchandapplicationofPermanentmagnetsynchronousmotorprecisionservosystemCandidateXieXian-mingSupervisorLanZhi-yong

2、CollegeCollegeofInformationEngineeringProgramElectricalEngineeringSpecializationElectricDriveTechnologyDegreeProfessionalMasterUniversityXiangtanUniversitystDateMay26,2015湘潭大学学位论义原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加ｔｕ标注引用的内容外，本论文不包含任

3、何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。＂》作者签名／１：节＾恥冷日期：少年＆月３日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件巧电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可＾＾将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可！＾采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇

4、编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名；日期：Ｍ？日导师签名日期；年月＾日轉摘要永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、功率因数高、效率高等优点，且随着永磁材料性能的不断提升和电力电子元器件的发展，永磁同步电机广泛地应用于精确制导、武器随动系统、卫星姿态控制以及工业机器人、数控机床、印刷机械、纺织机械等多种高性能精确伺服领域。因此在响应速度、控制精度和系统稳定性方面对永磁同步电机精密伺服系统进行深入研究就显得十分必要。针对交流永磁伺服电机这类非线性、强耦合、参数摄动的多变量系统

5、，本文将级联自抗扰控制引入，有效提高系统响应速度、动静态性能以及抗扰能力。首先，从背景和意义上对研究内容进行了介绍，对精密伺服的现状及其发展趋势进行了分析，推导了永磁同步电机的数学模型，并介绍了常用的控制策略及空间电压矢量技术。其次，在分析PI优缺点的基础上，介绍了自抗扰控制(ADRC)的各个组成部分及其原理；同时根据反步法（Backstepping）的思想，利用ADRC扰动补偿的优点，将ADRC引入到非线性级联系统，以多个低阶自抗扰控制器级联实现控制，较好地简化了高阶非线性系统中高阶自抗扰控制器的设计

6、，解决了PMSM非线性系统的不确定性、耦合性及干扰抑制问题。同时对级联ADRC控制理论进行了详尽的阐述论证，最后介绍了级联ADRC的算法原理与设计。此外，根据永磁同步电机的伺服调速和位置伺服系统结构及控制框图，并在PMSM数学模型基础上，设计符合系统的级联ADRC，在Matlab/Simulink环境下搭建了系统仿真模型并进行了仿真实验，与传统PI进行对比，针对PMSM的调速和定位以及ADRC核心扩张状态观测器（ESO）的仿真结果进行分析，论证文中所提出的方法，使PMSM伺服系统在响应速度、精准度和抗扰

7、能力方面有着较大的提升。在上述理论基础上，本文采用微芯公司的dsPIC33FJ64MC506为主控芯片设计永磁同步电机精密伺服系统的硬件、软件部分，包括硬件整体结构、电源电路、信号检测电路、驱动电路、软件主程序以及中断服务程序等，最后分析了部分实验结果，为精密伺服系统的进一步开发奠定了坚实的基础。关键词：永磁同步电机；伺服系统；矢量控制；级联；自抗扰控制IAbstractPermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)hasmanyadvantages,suchassimple

8、structure,highpowerfactor,highefficiency,highpowerfactor,Withthecontinuousimprovementofpermanentmagnetmaterialpropertiesanddevelopmentofpowerelectroniccomponents,Permanentmagnetsynchronousmotorsarewidelyusedinavarietyofhig