【正文】 仿真結(jié)果如下： 定子電流iabc dq軸電流id、iq 電磁轉(zhuǎn)矩Te 實際轉(zhuǎn)速n、估計轉(zhuǎn)速n*對比第三章所對應(yīng)圖可以看出，采用模糊PI控制器后轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動小，系統(tǒng)魯棒性得到加強。但在實際使用中，特別是在模糊控制中，必須要有一個確定的值才能去控制或驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。通常將模糊控制器輸入變量的個數(shù)定義為模糊控制器的維數(shù)。 模糊控制器原理圖模糊控制器通常由模糊化接口、知識庫、推理機和精確化（反模糊化）組成[51]。若把操作員的實踐經(jīng)驗加以總結(jié)和描述，并用語言表達出來，就是一種定性的、不精確的控制規(guī)則，再用模糊數(shù)學(xué)將其定量化就轉(zhuǎn)化為模糊控制算法，從而形成模糊控制理論[48]。 定子電流iabc dq軸電流id、iq 電磁轉(zhuǎn)矩Te 實際轉(zhuǎn)速n、估計轉(zhuǎn)速n* 轉(zhuǎn)子電角度θ、θ* 轉(zhuǎn)子電角度θ、θ*()本文所用控制策略為定子電流最優(yōu)控制，、：（1）開環(huán)恒轉(zhuǎn)矩起動段：初期（）短暫的大電流恒轉(zhuǎn)矩帶負載起動，迅速從0rpm加速到3200rpm，采用最大轉(zhuǎn)矩/電流控制，對于本實驗所用隱極電機來說就相當(dāng)于id=0控制。至于誤差帶E的選取，需要根據(jù)不同的電機實際測試確定，[46]。 切換面示意圖在切換面上的運動點有三種情況：一般點：系統(tǒng)運動點RP(Representative Point)運動到切換面s=0附近時，穿越此點而過（點A）； 起始點：系統(tǒng)運動點到切換面s=0附近時，從切換面的兩邊離開（點B）；終止點：系統(tǒng)運動點到切換面s=0附近時，從切換面的兩邊趨向于該點（點C）。在VSS中，控制量在整個反饋控制過程中取為狀態(tài)量的一種非連續(xù)函數(shù)，通過一個開關(guān)按一定的法則從一個函數(shù)切換到另一個函數(shù)。 （2）機械傳感器的使用增加了電機與控制系統(tǒng)之間的連接線和接口電路，使系統(tǒng)易受干擾，降低了可靠性。其中和分別代表和的作用時間，是作用時間。這八個矢量和就稱為基本電壓空間矢量，根據(jù)其相位角的特點分別命名為、和。電動機的三相定子繞組可以定義一個三相平面靜止坐標系。一般情況下，為了獲得最大轉(zhuǎn)矩，通?？刂?0，則電磁轉(zhuǎn)矩與交軸電流的關(guān)系如式()，此時，即電磁轉(zhuǎn)矩僅與電樞電流成正比，三相永磁同步電動機在=0的情況下d、q軸電流分量得到了很好的解耦控制，此時三相永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型就類似于他勵直流電動機。(1)控制控制又叫磁場定向控制，這是一種比較簡單的電流矢量控制方法[33]，該方法電流算法的計算量小，很適合以普通單片機為主控單元；另外，使用該方法不存在電樞反應(yīng)對永磁電動機的去磁問題，而且具有優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩控制特性，因此許多小功率的永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)都采用的控制方法。通以時間上相差90186。永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子采用永磁材料組成，如鐵釹硼等，這樣的永磁稀土材料具有很大的剩磁和矯頑力，加上它的磁導(dǎo)率與空氣磁導(dǎo)率相仿，對于徑向結(jié)構(gòu)的電動機交軸和直軸磁路磁阻都很大，可以在很大程度上減少電樞反應(yīng)。電機系統(tǒng)中傳感器的存在阻礙了電機向高速化、小型化發(fā)展。在過去十多年里，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于交流傳動一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點，并已取得了一些有效的成果。恒壓頻比控制依據(jù)的是電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，不能控制電機動態(tài)過程中的轉(zhuǎn)矩，從而導(dǎo)致動態(tài)控制性能不夠理想，目前永磁交流驅(qū)動系統(tǒng)基本上不采用這種早期的控制模式。隨著新型電力電子器件的出現(xiàn)、DSP技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的運用，永磁同步調(diào)速系統(tǒng)的研究出現(xiàn)了一些新的方向，主要包含以下幾個方面[17]。對于遭遇技術(shù)瓶頸和國外技術(shù)封鎖的國內(nèi)高性能交流驅(qū)動技術(shù)及產(chǎn)品來說，研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的交流控制技術(shù)，尤其是最具有應(yīng)用前景的永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)，具有重要的理論意義和實用價值。 DSP目 錄學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 I摘 要 IIAbstract III目 錄 IV第1章 緒 論 1 選題背景及意義 1 2 2 3 4 6第2章 永磁同步電機的控制原理 7 永磁同步電機的結(jié)構(gòu) 7 8 永磁同步電機在三相靜止坐標系下的模型 8 坐標變換 9 永磁同步電機在dq坐標系下的數(shù)學(xué)模型 11 永磁同步電機的矢量控制技術(shù) 12 定子電流最優(yōu)控制 14 空間電壓矢量調(diào)制原理 15 16 19 22 22第3章 基于滑模觀測器的無位置傳感器控制 23 滑模變結(jié)構(gòu)控制基本原理 23 變結(jié)構(gòu)控制概述 23 24 25 滑模觀測器仿真及分析 28 28 28 30 本章小結(jié) 31第4章 永磁同步電機模糊PI控制 32 模糊控制的基本原理 32 模糊控制主要特點 32 模糊控制系統(tǒng)組成 33 模糊控制器原理 33 模糊PI控制器設(shè)計 34 模糊控制器結(jié)構(gòu)的確定 34 模糊化 35 模糊控制規(guī)則的確定 36 模糊推理 36 解模糊化 37 基于模糊PI控制的PMSM無位置傳感器控制系統(tǒng)仿真 37 模糊PI控制器的建立 37 控制系統(tǒng)仿真 39 本章小結(jié) 39第5章 永磁同步電機控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 40 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 40 系統(tǒng)主回路設(shè)計 40 系統(tǒng)控制電路的組成 43 系統(tǒng)軟件設(shè)計 46 開發(fā)軟件介紹 46 系統(tǒng)軟件的整體結(jié)構(gòu) 46 SVPWM算法實現(xiàn) 48 實驗結(jié)果及分析 49 電機低速運行 50 電機額定轉(zhuǎn)速運行 51 突加負載實驗 53 本章小結(jié) 54結(jié) 論 55參考文獻 57致 謝 61附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 62碩士學(xué)位論文第1章 緒 論近幾年來，隨著產(chǎn)業(yè)應(yīng)用形態(tài)的不斷改變、進步，電機成為現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品不可或缺的零部件，廣泛的應(yīng)用于各式各樣的機械工具和一般消費品。在______年解密后適用本授權(quán)書。不保密。尤其是標志著一個國家工業(yè)實力的高精機床、工業(yè)機器人等對其“驅(qū)動源”提出了越來越高的要求。本文設(shè)計的永磁同步電機無位置傳感器驅(qū)動系統(tǒng)，采用滑模觀測器計算轉(zhuǎn)速，用矢量控制的策略在傳統(tǒng)PI控制的基礎(chǔ)上引入模糊控制方法，并在MATLAB/ SIMULINK下建立仿真模型來分析永磁同步驅(qū)動系統(tǒng)的各方面性能，然后基于DSP實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)過試驗和現(xiàn)場調(diào)試，達到了比較理想的效果。（1）電機數(shù)學(xué)模型分析方法的發(fā)展永磁同步電機控制系統(tǒng)是一個多變量、強耦合、非線性系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)控制精度，非線性系統(tǒng)狀態(tài)反饋線性化理論被逐步引入到電機控制中來，但由于該方法理論的復(fù)雜性，限制了它在電機控制系統(tǒng)中的推廣和應(yīng)用。（2）矢量控制由德國學(xué)者Blaschke于1971年提出的矢量控制理論使交流電機控制由外部宏觀穩(wěn)態(tài)控制深入到電機內(nèi)部電磁過程的瞬態(tài)控制，從而使得永磁同步電機的控制性能得到了本質(zhì)的提高。但滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上的不連續(xù)開關(guān)特性使其實際系統(tǒng)中抖振必定存在且無法消除，從而其應(yīng)用受到了限制。（4）無位置傳感器技術(shù)的起動和低速運行問題。永磁同步電機轉(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]。的兩相平衡交流電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。(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的功率因數(shù)恒為1的控制方法。 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、電壓反饋進行計算，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)速段分段計算給出。這是一個特殊的坐標系，它的三個軸，互相間隔120186。其中和稱為零矢量。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。 （3）受機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?；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。在滑模變結(jié)構(gòu)控制中，一般點與起始點無多大意義，而終止點卻有特殊的含義。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。（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、負載轉(zhuǎn)矩均未發(fā)生明顯變化，故電機以一恒定加速度加速旋轉(zhuǎn)（可從轉(zhuǎn)速曲線得到驗證）。短短十多年來模糊控制發(fā)展如此之快．這主要歸結(jié)為模糊控制器的以下幾個特點：(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、時變及滯后等復(fù)雜系統(tǒng)都能進行控制，它的實現(xiàn)主要依賴模糊規(guī)則庫。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志符，本部分可以視為模糊集合的標記。本文設(shè)計的應(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，即單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)速誤差的差值。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。在多變量、非線性、強耦合的永磁同步電機調(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。 模糊PI控制模塊 控制系統(tǒng)仿真利用第三章所設(shè)計的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)重新進行仿真。 解模糊化通過模糊推理得到的結(jié)果是一個模糊集合。 模糊PI控制器設(shè)計 模糊控制器結(jié)構(gòu)的確定模糊控制器結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要是確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量。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]。采取適當(dāng)?shù)膶Σ邅砬擅畹乜刂埔粋€復(fù)雜的過程。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出永磁同步電機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。式（）中的滑?？刂菩盘杬是符號函數(shù)的輸出，相當(dāng)于砰－砰控制，具有調(diào)節(jié)快速的特點，但由于本質(zhì)上是不連續(xù)的開關(guān)控制，同時會引起系統(tǒng)的抖動，： 飽和函數(shù)即當(dāng)電流誤差大于設(shè)定的門檻值時采用砰－砰控制，而小于門檻值時則使用線性控制，控制函數(shù)表達為： ()與原式相比，式（）使用的控制函數(shù)穩(wěn)定性更好。對于式()所描述的系統(tǒng)的狀態(tài)空間中，有一個切換面，它將狀態(tài)空間分為上下兩部分和。設(shè)系統(tǒng)是不變的，且其參考輸入vref為零，此時閉環(huán)系統(tǒng)是一個自治系統(tǒng)，其狀態(tài)軌跡的總體在反饋控制過程中幾何結(jié)構(gòu)不變，即系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不變。機械傳感器提供了電機控制所需的轉(zhuǎn)子信號，但也給調(diào)速系統(tǒng)帶來了一些問題： （1）機械傳感器增加了電機轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)動慣量，加大了電機空間尺寸和體積。等于倍的和倍的的矢量和。就可以求出這些相電壓的矢量和相位角。電壓空間矢量是按照電壓所加在繞組的空間位置來定義的。通常勵磁分量對電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生貢獻不大，并且有使永磁體退磁的可能。就目前的情況來看，可采用的控制方法主要有：控制、控制、最大轉(zhuǎn)矩／電流控制等，本節(jié)就幾種常用的矢量控制方法進行分析。(b)中繪出了兩相靜止繞組、它們在空間上相差90186。永磁同步電機具有電磁轉(zhuǎn)矩紋波系數(shù)小、動態(tài)響應(yīng)快、功率因數(shù)高、運行平穩(wěn)、過載能力強等優(yōu)點，目前已經(jīng)得到人們越來越多的關(guān)注。（3）無位置傳感器技術(shù)的研究與應(yīng)用。另外，滑模變結(jié)構(gòu)控制不需要任何在線辨識，所以較容易實現(xiàn)。即給定定子電流后，電機定子電流頻率隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化，同時要使得電機在不同速度下都能保證定子電流達到給定電流值，必須調(diào)整永磁同步電機的端電壓，使之隨電機轉(zhuǎn)子速度的提高而增加，以補償永磁同步電機反電動勢的升高，所以永磁同步電機自控式變頻調(diào)速本質(zhì)上滿足恒壓頻比條件，屬于恒壓頻比控制范疇。交流永磁同步調(diào)速系統(tǒng)是由主電路和控制電路兩部分組成的，目前主電路的拓撲結(jié)構(gòu)沒有多大變化，系統(tǒng)的發(fā)展重點在控制電路部分。眾多的優(yōu)點與特性，使此技術(shù)成為近幾年電機驅(qū)動系統(tǒng)的主流，目前歐美日市場上已經(jīng)有很多的無傳感器的驅(qū)動器問世。 Fuzzy PI。本學(xué)位論文屬于保密163。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”）作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日摘 要隨著微處理器技術(shù)、電力電子技術(shù)和永磁材料制造工藝的發(fā)展，以及永磁同步電機(PMSM)自身的結(jié)構(gòu)和運行特點，PMSM驅(qū)動系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航天等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。伴隨著材料科技的蓬勃發(fā)展，具有高效率、易維修且控制簡單的交流永磁同步電機 (Permanent magnet synchronous motor，簡稱PMSM)應(yīng)用日益普及，漸漸的取代了傳統(tǒng)的直流電機和異步電機的地位。本課題的研究對無位置傳感器驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的參考價值。分析非線性系統(tǒng)的另一種方法常用的控制方法－逆系統(tǒng)方法，其思想是對于給定系統(tǒng)，讓對象的模型生成可用反饋方法實現(xiàn)的原系統(tǒng)的“α階積分擬系統(tǒng)”，再將控制對象補償成為具有線性傳遞關(guān)系的且已經(jīng)解耦的規(guī)范化系統(tǒng)（偽線性系統(tǒng)）[18]。矢量控制最顯著的特征是通過坐標變換將交流電機內(nèi)部復(fù)雜耦合的非線性變量變換為同步旋轉(zhuǎn)坐標系中靜止的直流變量（如電流、磁鏈、電壓等），從中找到約束條件，獲得某一目標的最佳控制策略。（6）自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制能在系統(tǒng)運行過程中不斷提取模型的相關(guān)信息，使系統(tǒng)模型得到