PMSM伺服系统滑模变结构控制研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要交流永磁同步电机(PMSM)具有气隙磁密高、转矩脉动小、转矩／惯量比大、效率高、结构简单等优点，在要求高控制精度和高可靠性的场合，如航空航天、数控机床、雷达与各种军用武器跟随系统以及机器人等方面获得了广泛的应用，在现代交流电机中也占有举足轻重的地位。滑模变结构控制的滑动模态可以进行设计，对系统参数变化和负载扰动不敏感，具有鲁棒性好、响应速度快及容易实现等优点。因此将滑模变结构控制应用于交流永磁同步电机伺服系统的控制中，有望设计出高品质的控制策略。因而，本文研究滑模变结构控制在永磁同步电机控制中的应用。本文首先在分析永磁同步电机数

2、学模型的基础上，结合矢量控制技术，推导了PMSM在d—q坐标系上的线性解耦状态方程。采用转子位置定向的矢量控制方案，在Matlab／SLmul／nk环境下构建了PMSM伺服系统的仿真模型。接着通过对滑模变结构控制原理、特性、抖振产生原因及削弱方法的分析，给出了一种用于交流永磁同步电机速度控制的常规滑模控制器。对其进行仿真，通过仿真曲线分析了该控制器的控制效果以及控制器参数对系统性能的影响。然后在常规滑模控制器的基础上提出了一种改进的滑模控制器：基于分段积分型切换增益的滑模速度控制器。仿真结果表明改进的滑模控制器能明显削弱抖振，燕对负载扰动和系统参数的变化有

3、较好的鲁棒性。最后结合滑模控制和模搬控制各自豹优点，设计了基于模糊切换增益鲁调节的滑模控制器以用于PMSM伺服系统的速度控制。并完成了该控制器算法的S-function实现。基于模糊切换增益自调节的滑模控制器利用模糊逻辑对滑模控制的切换增益进行实时调整，既能充分发挥滑模控制对参数变化和干扰不灵敏的特点，又具有模糊自调节的能力，从而达到削弱抖振的目的。仿真结果表明该控制器能有效削弱抖振，对负载扰动和系统参数变化有很强的鲁棒性，取得了期望的控制效果。关键词：永磁同步电机，滑模控制，抖振，模糊控制，模糊滑模控制器武汉理工大学硕士学位论文AbstractPerma

4、nentMagnetSynchronousMotor(PMSM)hastheadvantagesofhirghmagnetdensity,smalltorquepulse，bigtorque—inertiaratio，hi【ghefficiency,simpleconstructandSOon．PMSMhasbeenappliedtotheoccasionsthatrequireshighprecisionofcontrolandhighreliabilityfarandwide，SUchasavigation，numericalcontrolmachin

5、etool，mdarandsomemilitaryweaponsfollowsystems．robotandSOon．Inaddition．itplaysallimportantpartinAcmotorsinmodemtimes．Sliding—modevariablestructurecontrolwhichslidingmodecanbedesignedisinsensitivetosystemparameterschangeandloaddisturbante，andhastheadvantagesofgoodrobustness，quickres

6、ponse，easyrealizationandSOon．Accordingly'it’Shopefultodesignacontrolstrategyofhigllqualitybyapplyingslidingmodecontrol(SMC)tothecontrolofPMsMservosystem．Tlllus，thispapermainlyresearchestheapplicationofSMCtoPMSMcontr01．Firstly,basedonthedetailedanalysisonthemathematicalmodelofPMSM，

7、thispapergivesthelineardecouplingstateequationofPMSMinthed—qcoordinatesbycombinmgwithVectorControltechnique．ThenthesimulinkmodelofPMSMsewosystemisbuiltwithMatlab／SimulinkbyUSingrotorpositionorientedcontrolschemeofVectorcontr01．Secondly,basedontheanalysisofSMCtheory,characteristics

8、，thecausesofchatteringanddecrease