永磁同步电机伺服系统的滑模控制方法研究

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1、硕士学位论文永磁同步电机伺服系统的滑模控制方法研究RESEARCHONSLIDINGMODECONTROLMETHODOFPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORSERVOSYSTEM王宁哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP275学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文永磁同步电机伺服系统的滑模控制方法研究硕士研究生：王宁导师：孙光辉教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP275U.D.C:621.

2、3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONSLIDINGMODECONTROLMETHODOFPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORSERVOSYSTEMCandidate：WangNingSupervisor：Prof.SunGuanghuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDate

3、ofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要由于自身的高精度、高响应速度、高效率，永磁同步电机得以在民用设备以及军用设备中逐步取得了大量的市场。永磁同步电机的控制系统涉及内容较多，需要解决多变量耦合、参数漂移、外界干扰等问题，因此关于此类电机控制方法的研究越来越重要。在理论层面，滑模控制对系统模型的精确度没有过高的诉求，在系统参数发生漂移或者有外部扰动时，依然能保持强鲁棒性，因此，滑模控制得以在工业领域中崭露头角。本文将主要探讨滑模控制在伺服系统中的应用的

4、效果，并根据理论成果设计相应的实测平台。文章首先会对目标电机进行建模，通过Clarke变换以及Park变换实现电气参数的投影和解耦，从而得到直轴-交轴电机模型。在此基础上，结合矢量控制原理，建立仿真模型，设计PI控制器，复现经典电机伺服系统的控制算法。记录仿真文件的输出结果，作为后续实验中的对比数据。随后，本文还研究了基于指数型趋近律的滑模控制算法，并从理论上探讨这种算法的稳定性。建立相应的仿真文件，并将其结果和之前的PI控制器展开对比。从理论上来讲，滑模控制难免会引入高频抖动。为了能够有效地削弱高频抖动，本文从理论层面出发，进一步设计了基于混合型趋近律的滑模控制算法，

5、这种算法的思想是在现有的趋近方法中再加上终端滑模算子，从而改善系统状态点在滑模面附近的运动品质，在一定程度上减少抖振。接下来，本文进一步研究了分数阶微积分算子基本理论及其性质，并基于此研究了分数阶滑模控制算法在伺服电机系统中的应用。观察新的控制算法在仿真系统中的表现状况，保留数据，和之前的仿真数据结果进行对比，分析。在完成了理论上的研究之后，文章分别从硬件和软件的角度对系统框架进行需求分析与开发。硬件方面的工作涵盖核心数字芯片的最小系统、供电模块、逆变电路，电流采样电路、串口通信电路等层面的设计。软件方面，内容涵盖主程序的初始化工作，以及各类中断服务函数中关于算法的实现

6、和电气参数的解算。最后，根据设计好的伺服控制系统建立实验平台，验证硬件及软件设计思路的正确性。对文中设计出的各类控制器进行具体实现，并对比各类方法的实际控制效果，最终证明了滑模控制方法在伺服系统中独特的优势。关键字：永磁同步电机；矢量控制；PI控制器；滑模控制；分数阶。-I-AbstractAbstractDuetoitshighprecision,fastresponse,andhighefficiency,PMSMcanbeusedmoreandmorewidelyincivilandmilitaryapplications.Thecontrolsystemofth

7、ePMSMisverycomplexandneedstosolvetheproblemsofmulti-variablecoupling,parameterdrift,externalinterference,etc.Therefore,theresearchonthecontrolmethodofPMSMisimportant.Theoretically,theslidingmodecontroldoesnotrequirehighaccuracyofthesystemmodel,anditcanstillmaintainrobustr