【摘要】：永磁同步電機(PMSM)具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單等特點,目前以永磁同步電機為控制對象的交流伺服系統(tǒng)已廣泛地運用于航天航空、軍事國防、工業(yè)生產(chǎn)和國民生活等領(lǐng)域。當(dāng)永磁同步電機被運用于高精度、強抗擾的場合時,由于其是一個強耦合、多變量的非線性系統(tǒng),傳統(tǒng)的PID控制難以實現(xiàn)日益提高的性能需求,因此本文從先進的現(xiàn)代控制理論入手,結(jié)合電機本體進行研究,尋求提高永磁同步電機伺服系統(tǒng)驅(qū)動性能的方法。本文主要內(nèi)容如下：本文首先對永磁同步電動機結(jié)構(gòu)進行介紹與分析,并推導(dǎo)了其在常用坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。對比了幾種常用矢量控制方法,并選定了最合適的id＝0矢量控制,同時對其傳統(tǒng)實現(xiàn)方式進行了介紹。提出了一種應(yīng)用于小電感永磁同步電機,由時間最優(yōu)控制(TOC)與PI控制組成的混合式電流控制策略,用于改善矢量控制永磁同步電動機的dq軸定子電流動態(tài)性能�；跁r間TOC理論,推導(dǎo)出控制dq軸電流的最優(yōu)開關(guān)曲線,基于該曲線及電流誤差獲取dq軸電壓,從而使得dq軸電流以最短時間到達給定值。由于實際系統(tǒng)不是連續(xù)模型并且電機電感值較小,實驗不能達到仿真所實現(xiàn)的效果,因此對TOC控制器進行改進,將其與PI控制進行結(jié)合,采用模糊控制器進行切換,取其各自優(yōu)點,最終實現(xiàn)dq軸電流良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。提出了一種由線性二次型(LQ)最優(yōu)控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC)相結(jié)合的位置控制新策略。在理想條件下PMSM可通過坐標(biāo)變換,將其數(shù)學(xué)模型描述成一個線性模型,利用LQ最優(yōu)控制理論設(shè)計位置控制器,以期獲得預(yù)定的性能指標(biāo)。但是實際PMSM系統(tǒng)會產(chǎn)生各種不確定因素的影響,當(dāng)出現(xiàn)外部干擾、參數(shù)變化等問題時,單純的LQ控制性能偏離預(yù)定目標(biāo),因此結(jié)合SMC能夠處理不確定非線性系統(tǒng)的特點,可以有效地改善LQ控制魯棒性差的問題。為了驗證本文中所提出的控制策略,以TMS320F2808 DSP為核心,結(jié)合矢量控制的特點,進行設(shè)計了一套高性能、穩(wěn)定性好的PMSM伺服系統(tǒng)硬件與軟件,并對其中關(guān)鍵部分的實現(xiàn)方法進行了闡述。最后的實驗結(jié)果表明該硬件系統(tǒng)能夠滿足所提控制方案的需要,具有可靠性高、實時性好的優(yōu)點。
[Abstract]:PMSM (permanent Magnet synchronous Motor) (PMSM) has many advantages such as high efficiency, simple structure and so on. At present, the AC servo system with PMSM as the control object has been widely used in aerospace, military defense, industrial production and national life. When PMSM is applied to high precision and strong immunity, because of its strong coupling and multivariable nonlinear system, traditional PID control is difficult to meet the increasing performance requirements. So this paper starts with the advanced modern control theory and studies the motor body to find a way to improve the drive performance of PMSM servo system. The main contents of this paper are as follows: firstly, the structure of permanent magnet synchronous motor (PMSM) is introduced and analyzed, and the mathematical model of PMSM in common coordinate system is derived. Several common vector control methods are compared and the most suitable id=0 vector control is selected. This paper presents a hybrid current control strategy for small inductance permanent magnet synchronous motor (PMSM), which consists of time optimal control (TOC) and PI control. The hybrid current control strategy is used to improve the dynamic performance of the dq shaft stator current of the vector control permanent magnet synchronous motor (PMSM). Based on the time TOC theory, the optimal switching curve for controlling the dq axis current is derived. Based on the curve and current error, the dq axis voltage is obtained, so that the dq axis current reaches the given value in the shortest time. Because the actual system is not a continuous model and the inductance of the motor is small, the experiment can not achieve the effect of simulation, so the TOC controller is improved and combined with the PI control, and the fuzzy controller is used to switch. The good dynamic and steady performance of dq axis current is realized by taking their respective advantages. A new position control strategy combining linear quadratic (LQ) optimal control with sliding mode variable structure control (SMC) is proposed. Under ideal conditions, PMSM can be described as a linear model by coordinate transformation, and the position controller can be designed by using the LQ optimal control theory in order to obtain the predetermined performance index. However, the actual PMSM system will have a variety of uncertain factors. When there are external disturbances, parameter changes and other problems, the performance of simple LQ control deviates from the predetermined target, so combining with SMC can deal with the characteristics of uncertain nonlinear systems. It can effectively improve the problem of poor robustness of LQ control. In order to verify the control strategy proposed in this paper, a set of high performance and good stability PMSM servo system hardware and software is designed with TMS320F2808 DSP as the core and the characteristics of vector control. The realization method of the key part is expounded. Finally, the experimental results show that the hardware system can meet the needs of the proposed control scheme, and has the advantages of high reliability and good real-time performance.
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM341

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