【正文】 續(xù)的開關(guān)控制，同時(shí)會引起系統(tǒng)的抖動，： 飽和函數(shù)即當(dāng)電流誤差大于設(shè)定的門檻值時(shí)采用砰－砰控制，而小于門檻值時(shí)則使用線性控制，控制函數(shù)表達(dá)為： ()與原式相比，式（）使用的控制函數(shù)穩(wěn)定性更好。對于截止頻率固定的低通濾波器，原理上補(bǔ)償?shù)乃矔r(shí)值為，此時(shí)，需要根據(jù)觀測的不同轉(zhuǎn)速值對相角進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償[47]。所以轉(zhuǎn)角估計(jì)值： () ()可求得轉(zhuǎn)速估計(jì)值： ()為了便于DSP實(shí)現(xiàn)，將上述方程式離散化為： ()式中：為計(jì)算周期。d、q軸電流分量經(jīng)過PI調(diào)節(jié)以及坐標(biāo)變換后得到、然后由SVPWM模塊產(chǎn)生PWM脈沖輸出。仿真結(jié)果如下圖所示，表明了本文所提出的無位置傳感器矢量控制方法能很好的估計(jì)出永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。（）可以看出，轉(zhuǎn)子位置角計(jì)算和電機(jī)測量模塊實(shí)際測量值相當(dāng)接近，驗(yàn)證了算法的正確性。第4章 永磁同步電機(jī)模糊PI控制PI控制是最早發(fā)展起來的應(yīng)用經(jīng)典控制理論的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。模糊控制與PI控制器兩者結(jié)合起來后，能揚(yáng)長避短，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有PI控制精度高的特點(diǎn)。采取適當(dāng)?shù)膶Σ邅砬擅畹乜刂埔粋€復(fù)雜的過程。模糊控制采用人類思維中的模糊量，如“高”、 “中”、“低”、“大”和“小”等，使得控制機(jī)理和控制策略易于理解和接受，設(shè)計(jì)簡單，便于維護(hù)和推廣。(5) 魯棒性好。系統(tǒng)的核心部分是模糊控制器，模糊控制器的控制規(guī)則由微處理器的程序?qū)崿F(xiàn)[50]。一個模糊控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)、所采用的模糊規(guī)則、合成推理算法以及模糊決策的方法等因素[51]。它通常由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。語言變量的模糊子集劃分越細(xì)，規(guī)則條數(shù)就越多。最基本的有扎德近視推理，它包含有正向推理和逆向推理兩類，正向推理常用于模糊控制中，逆向推理一般用于知識工程學(xué)領(lǐng)域的專家系統(tǒng)中。 模糊PI控制器設(shè)計(jì) 模糊控制器結(jié)構(gòu)的確定模糊控制器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量。 模糊化（1）變量變換模糊控制量的輸入信號（誤差E、誤差變化率EC）的實(shí)際范圍稱為變量的論域范圍。設(shè)定輸入變量e、ec為{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，記為{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}。對于本文所述兩輸入一輸出的模糊控制器，設(shè)模糊控制器的模糊輸入量為：x是and y是，根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行近似推理，可以得出模糊輸出量z（用模糊集合表示）為： ()其中包括了三種主要的模糊邏輯運(yùn)算：and運(yùn)算，合成運(yùn)算 “。 解模糊化通過模糊推理得到的結(jié)果是一個模糊集合。本文設(shè)計(jì)的模糊控制器最終輸出的計(jì)算公式如下所示： ()式中、為PI參數(shù)的初始設(shè)計(jì)值，可以根據(jù)傳統(tǒng)的PI控制器的參數(shù)整定方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。模糊PI控制器的兩個個輸出量、的基本論域的選取可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試湊后確定，這里位置環(huán)PI控制器選取的基本論域?yàn)閇，]，的基本論域?yàn)閇，]，其語言變量的取值跟輸入相同。最后，按照上節(jié)所述的模糊控制規(guī)則表編輯各輸出量與輸入量之間的模糊控制規(guī)則。 模糊PI控制模塊 控制系統(tǒng)仿真利用第三章所設(shè)計(jì)的PMSM控制系統(tǒng)模型，用上節(jié)所建模糊PI控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PI控制器，對系統(tǒng)重新進(jìn)行仿真。 本章小結(jié)本章首先詳細(xì)討論了模糊控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理，以及模糊PI控制器的基本設(shè)計(jì)步驟。 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)驅(qū)動器為作者所參與某無位置傳感器驅(qū)動系統(tǒng)項(xiàng)目所設(shè)計(jì)特種電機(jī)的配。第5章 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)平臺以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2808工業(yè)控制用DSP為核心控件。在多變量、非線性、強(qiáng)耦合的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中采用模糊控制與PI控制相結(jié)合的控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)PI控制，實(shí)現(xiàn)了對PMSM驅(qū)動系統(tǒng)的矢量控制，很好地改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能和魯棒性。、 與e、。其次，選擇各個模糊變量的隸屬度函數(shù)，設(shè)置隸屬度函數(shù)模糊推理的規(guī)則，即直接調(diào)用MATLAB軟件中的設(shè)置窗口進(jìn)行編輯。 基于模糊PI控制的PMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)仿真 模糊PI控制器的建立根據(jù)上面介紹的方法和步驟，在MATLAB仿真系統(tǒng)中建立模糊控制器，然后與傳統(tǒng)的PI控制器結(jié)合，構(gòu)成模糊PI控制器。在推理得到的模糊集合中取一個能最佳代表這個模糊推理結(jié)果可能性的精確值的過程就稱為解模糊化。and運(yùn)算通常采用取小或者代數(shù)積的方法；合成運(yùn)算 “。 輸入量e的隸屬度函數(shù) 輸入量ec的隸屬度函數(shù) 輸出的隸屬度函數(shù)波形 模糊控制規(guī)則的確定控制規(guī)則是按照人類思維推理的模糊規(guī)則，是在總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到的。變換的方法可以是線性的，也可以是非線性的。本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于傳統(tǒng)PI控制器的的模糊控制器采用已廣泛應(yīng)用的二維模糊控制器，一個輸入變量是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速反饋值與給定轉(zhuǎn)速之間的誤差E，另一個輸入變量是轉(zhuǎn)速誤差的變化率EC，即單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速誤差的差值。將推理機(jī)輸出的模糊控制量經(jīng)過轉(zhuǎn)換，求得一個精確的控制量輸出，即解模糊。（3）模糊推理模糊推理是模糊控制器的核心，它根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過程中，向推理機(jī)提供數(shù)據(jù)。他們的作用如下：（1）模糊化測量輸入變量（設(shè)定輸入）和控制系統(tǒng)的輸出變量，并把它映射到一個相應(yīng)的論域范圍，然后將精確的輸入數(shù)據(jù)變成為適當(dāng)?shù)恼Z言值或模糊集合的標(biāo)志符，本部分可以視為模糊集合的標(biāo)記。輸出信號需要進(jìn)行反模糊化處理后，得到精確的數(shù)字控制量，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，變?yōu)橄鄳?yīng)的模擬量后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對受控對象進(jìn)行控制。 模糊控制系統(tǒng)組成模糊控制系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)，是以模糊數(shù)學(xué)、用模糊語言表示的知識和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)的數(shù)字化控制系統(tǒng)[49]。(4) 構(gòu)造容易。短短十多年來模糊控制發(fā)展如此之快．這主要?dú)w結(jié)為模糊控制器的以下幾個特點(diǎn)：(1) 無需知道被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，對多輸入多輸出、時(shí)變及滯后等復(fù)雜系統(tǒng)都能進(jìn)行控制，它的實(shí)現(xiàn)主要依賴模糊規(guī)則庫。 模糊控制的基本原理 模糊控制主要特點(diǎn)模糊邏輯控制（簡稱模糊控制）就是使計(jì)算機(jī)具有活性和智能的一種新穎的智能控制方法，它是建立在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。其中，有的參數(shù)未知或緩慢變化，有的存在滯后和隨機(jī)干擾，有的無法獲得精確數(shù)學(xué)模型等，應(yīng)用傳統(tǒng)PI控制不能達(dá)到理想的控制效果。接著應(yīng)用MATLAB設(shè)計(jì)了無位置傳感器轉(zhuǎn)子角度和轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊，并采用定子電流最優(yōu)控制對整個體系進(jìn)行了仿真。（2）閉環(huán)控制增速段：在這一段區(qū)域，轉(zhuǎn)速從3200rpm增加到6000rpm，電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩均未發(fā)生明顯變化，故電機(jī)以一恒定加速度加速旋轉(zhuǎn)（可從轉(zhuǎn)速曲線得到驗(yàn)證）。 PMSM無位置傳感器矢量控制模型 無位置傳感器轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊 Control控制模塊 SVPWM生成模塊仿真采用的電機(jī)模型為實(shí)際電機(jī)參數(shù)：103H，103kg?m2，極數(shù)為4極。 滑模觀測器仿真及分析，其基本思路是電路傳感器檢測出電流信號后，通過無位置傳感器計(jì)算模塊計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子角速度，轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速想比較后送到速度PI調(diào)節(jié)器得到q軸電流分量的給定。為了簡化電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件，因此設(shè)計(jì)了一種變截止頻率的低通濾波器，其截至頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，與 之比為定正常數(shù)。為了證明觀測器的收斂性，引入Lyapunov函數(shù) ()將函數(shù)求導(dǎo)，： ()令，可保證，即觀測器收斂。LPF的濾波時(shí)間要足夠小，以保留等價(jià)控制量，的低頻成分，但又能濾掉大部分高頻成分[45]?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制不僅適用于線性系統(tǒng)，而且適用于非線性系統(tǒng)、不確定性系統(tǒng)及跟蹤系統(tǒng)。該控制特性可以迫使系統(tǒng)在一定條件下沿規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅度、高頻率的上下運(yùn)動，即所謂的“滑動模態(tài)”或“滑?！边\(yùn)動。在滑模變結(jié)構(gòu)控制中，一般點(diǎn)與起始點(diǎn)無多大意義，而終止點(diǎn)卻有特殊的含義。此時(shí)，分別把s= s(x)及s(x)=0叫做切換函數(shù)及切換面?？梢哉f，滑模變結(jié)構(gòu)控制是一種具有預(yù)定滑動模態(tài)的開關(guān)控制[43]。這樣，處于滑模運(yùn)動的系統(tǒng)就具有很好的魯棒性?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)(VSS)的一種控制策略。這是一種有跳變的不連續(xù)系統(tǒng)。本方法的實(shí)現(xiàn)可以大大減少系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)可靠性，減小系統(tǒng)維護(hù)的工作量。永磁同步電機(jī)無速度傳感器矢量控制技術(shù)的關(guān)鍵在于如何根據(jù)測量的電機(jī)電流和電壓信號，估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置。 （3）受機(jī)械傳感器使用條件如溫度、濕度和振動的限制，調(diào)速系統(tǒng)不能廣泛適應(yīng)各種場合。需要在轉(zhuǎn)子軸上安裝機(jī)械式傳感器，測量電機(jī)的速度和位置。其方法如下：由參考相電壓矢量在坐標(biāo)系中分量和計(jì)算、和的值 ()再用下式計(jì)算N值 ()式中，是符號函數(shù)，如果，；如果。因此，可以求出和 ()下面定義三個變量 ()對于上例，當(dāng)處于和扇區(qū)時(shí)。按照這種方式，在下一個期間，仍然用和的線性組合，但作用時(shí)間和與上一次的不同，他們必須保證所合成的新的電壓空間矢量與原來的電壓空間矢量的幅值相等。，以參考相電壓矢量在第0扇區(qū)為例來說明電壓空間矢量的線性合成。這樣，當(dāng)全部六個非零基本電壓空間矢量分別一次單獨(dú)輸出后，定子磁鏈?zhǔn)噶渴付说倪\(yùn)動軌跡是一個正六邊形。在DSP中程序計(jì)算中，為了方便計(jì)算，需要使用Clarke變換將其轉(zhuǎn)換到平面直角坐標(biāo)系中[40]。其中和稱為零矢量。其中000和111開關(guān)模式使逆變器輸出電壓為零，所以稱這兩種開關(guān)模式為零狀態(tài)。 三相電壓型逆變電路。因此，三個電壓空間矢量相加所形成的一個合成電壓空間矢量是一個以電源角頻率速度旋轉(zhuǎn)的空間矢量[38]。這是一個特殊的坐標(biāo)系，它的三個軸，互相間隔120186。電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，不僅使得電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動降低，電流波形畸變減少，而且與常規(guī)的正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù)相比直流電壓利用率有很大的提高，并且易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化[37]。PWM技術(shù)發(fā)展到今天己經(jīng)形成包括：等脈寬PWM、正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)、電流跟蹤型的PWM和磁鏈跟蹤型的PWM等多種調(diào)制技術(shù)。最大輸出功率軌跡與電流極限圓的交點(diǎn)C處的轉(zhuǎn)速ωc是電壓達(dá)到極限值時(shí)電機(jī)能運(yùn)行于最大輸出功率的最低轉(zhuǎn)速（低于ωc時(shí)，最大輸出功率軌跡與電壓極限橢圓的交點(diǎn)將落在電流極限圓外，即電流幅值超出電流極限值）。 定子電流最優(yōu)控制定子電流最優(yōu)控制是一種根據(jù)電流、轉(zhuǎn)速、電壓反饋進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果作為電流給定的控制策略，采用PI調(diào)節(jié)與根據(jù)參數(shù)計(jì)算相結(jié)合，其q軸電流給定由PI調(diào)節(jié)器直接給出，d軸電流給定根據(jù)所處轉(zhuǎn)速段分段計(jì)算給出。由于存在這一關(guān)系，電磁轉(zhuǎn)矩不能實(shí)現(xiàn)精確的線性化控制。與電勵磁的同步電動機(jī)不同，永磁同步電動機(jī)的勵磁磁動勢因由永磁體產(chǎn)生而無法調(diào)節(jié)，只有通過調(diào)節(jié)定子電流，來維持高速運(yùn)行時(shí)電壓的平衡，達(dá)到弱磁擴(kuò)速的目的。此方法工作電流相對較小，有利于逆變器中功率器件的工作，但該控制算法要占用很大的CPU開銷，對中央處理器的要求較高。(2)控制控制方法是控制交、直軸電流分量，保持永磁同步電動機(jī)的功率因數(shù)恒為1的控制方法。 永磁同步電機(jī)的矢量控制技術(shù)永磁同步電動機(jī)用途不同，電動機(jī)電流矢量控制策略也各不相同。假定在某坐標(biāo)系下的某電路的電壓和電流向量分別為和，在新的坐標(biāo)系下，電壓和電流向量變成了和，其中 ， ()而 ， ()定義新相量與原向量的坐標(biāo)變換關(guān)系為： ()假設(shè)變換前后功率不變，則 ()將式()代入式()有： 因此 ()式()就是在功率不變條件下變換矩陣的關(guān)系。(a)(b)中的磁動勢一樣，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前兩套固定的交流繞組等效了。的兩相平衡交流電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。不同電機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)系下產(chǎn)生的磁動勢相等[31]。忽略磁路飽和、磁滯和渦流的影響；(2) 定子通入三相對稱正弦波電流時(shí)，氣隙中只產(chǎn)生正弦分布的磁勢而沒有高次諧波；(3) 永磁磁極在氣隙中產(chǎn)生的磁勢為正弦分布，也無高次諧波，即定子的空載電勢為正弦波；(4) 不計(jì)鐵心損耗。通過改變定子三相電源的頻率和相位，就可以改變轉(zhuǎn)子的速度和位置。永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子可以按其永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置分為兩類：凸極式和隱極式，(a)(b)所示[1]。 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)是由繞線式同步電機(jī)發(fā)展起來的，其結(jié)構(gòu)與繞線式同步電機(jī)基本相同。借助于坐標(biāo)變換，使得各個物理量從靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，然后，從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的角度來考察，電動機(jī)的各個空間矢量都變成了靜止矢量，在同步坐標(biāo)系上的各個空間矢量就都變成了直流量，可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式的幾種形式，找到轉(zhuǎn)矩和被控矢量的各個分量之間的關(guān)系，實(shí)時(shí)的計(jì)算