论文部分内容阅读
与传统的电励磁电机相比,永磁同步电机(PMSM)具有质量轻、节能高效、温升小、堵转能力强等优点,已经大量应用在航空航天、船舶动力定位及机车牵引等领域。由于它是一个参数时变、耦合强度高、复杂的非线性系统,当作为调速控制系统的执行机构时,容易受不确定的扰动影响。传统的PID控制器能够满足电机控制的基本要求,但它是一种线性控制器,不能满足一些领域高性能的控制要求。自抗扰控制(ADRC)是我国著名学者韩京清提出来的一种新型的非线性控制理论,不依赖精确的数学模型,保留了PID控制的优点,通过安排过渡过程、同时对系统的状态变量进行估计与补偿,能够有效地解决被控系统的不确定及非线性问题。本文针对PID控制的PMSM调速系统出现的超调和抗扰能力差的问题,将ADRC应用于速度和电流环节,进行双闭环控制,提高了调速系统的控制性能。首先,阐述了选题的背景与意义,介绍了永磁同步电机的国内外发展现状,重点对电机的控制策略与控制算法的研究现状作了比较分析,最后确定了本课题的控制算法及研究内容。其次,建立永磁同步电机在三种不同坐标系下的数学模型,对SVPWM技术实现过程进行重点分析,并在Simulink中建立仿真模型,对坐标变换及矢量控制作了介绍,搭建PMSM矢量控制系统,选用i_d=0的电流控制方式进行解耦控制,为下文ADRC与PI两种控制方式下的系统性能比较提供了仿真平台。然后,介绍自抗扰技术的优点,能够解决超调与快速性的矛盾问题,同时提高系统抗扰能力。通过对自抗扰控制器组成部分及其实现原理的介绍,从理论上证明了其能够提高PMSM调速系统的控制性能是可行的,同时对ADRC数学模型进行算法离散及实现,运用M语言编写函数实现模块化建模,在大量仿真实验基础上给出ADRC参数整定方法,对实际的调参具有参考意义,最后进行仿真验证自抗扰控制具有较强的鲁棒性。最后,结合同步旋转坐标系下的电机数学模型,设计了速度环与电流环的ADRC控制制器。在Simulink环境中搭建基于自抗扰的双闭环PMSM调速控制系统模型,进行一系列的仿真实验,与PI控制系统进行比较,验证了ADRC控制的调速系统抗扰能力强、无超调现象,有很好的控制性能。