畢業(yè)論文——基于線性-滑?？刂频挠来磐诫姍C(jī)速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-16 17:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 換及電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程為基礎(chǔ)的，面裝式永磁同步電動(dòng)機(jī)，交直軸電感相等，有 （29）即PMSM和直流電機(jī)具有類同的電磁轉(zhuǎn)矩方程。由于由電機(jī)的永磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生，其值恒定。因此對(duì)PMSM而言，可以考慮用控制直流電機(jī)的方法控制PMSM轉(zhuǎn)矩，從而獲得和直流電動(dòng)機(jī)類似的控制效果。在PMSM中，電機(jī)ABC三相繞組分別通入交流電，不僅這三相繞組間互相耦合，而且三相繞組又與轉(zhuǎn)子永磁體勵(lì)磁磁場(chǎng)耦合。 矢量控制電流反饋解耦的主要影響因素分析影響電流環(huán)控制性能的因素主要有零點(diǎn)漂移、電流器調(diào)節(jié)參數(shù)和反電勢(shì)干擾等，由于本系統(tǒng)電流環(huán)采用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電流環(huán)控制、PWM信號(hào)產(chǎn)生，而數(shù)字運(yùn)算則不存在模擬電流環(huán)中給定信號(hào)、PI調(diào)節(jié)器。三角波發(fā)生器等零點(diǎn)漂移。只有電流檢測(cè)部分由于需要才有電流傳感器和運(yùn)算電路處理，仍然存在零點(diǎn)漂移，因此要是系統(tǒng)性能優(yōu)異最好采用高性能、零漂小的電流傳感器和運(yùn)算放大器進(jìn)行反饋電流處理。另外，對(duì)于PMSM，有電壓平衡方程 （210）式中：為電機(jī)電樞端口電壓，為電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì) 正比于轉(zhuǎn)速，由式(210)可以看出，逆變器直流電壓為恒值，當(dāng)隨轉(zhuǎn)速上升而增大時(shí)，將使電機(jī)電樞繞組上的凈電壓減少，定子繞組電流變化率降低，進(jìn)而使對(duì)電流環(huán)的干擾增大，而電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)與諧波無關(guān)，幅值和相角不連續(xù)的電壓信號(hào)，因此它將是影響電流控制環(huán)性能的一個(gè)最主要因素。在低速時(shí)，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)小，通過PI電流調(diào)節(jié)器積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)可基本抵消反動(dòng)勢(shì)干擾，電流跟隨誤差很小，因而總的電流控制特性良好；但在高速時(shí)，由于電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的干擾使得外加電壓與電動(dòng)勢(shì)的差值減小，實(shí)際電流和給定電流間將出現(xiàn)明顯的幅值、相位偏差，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，實(shí)際電流甚至無法跟隨給定電流。此時(shí)將不能忽略反電勢(shì)，必須抑制反電勢(shì)的影響。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，增大電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，減小積分時(shí)間常數(shù)可以在一定程度上減小反電勢(shì)對(duì)電流環(huán)性能的影響。但是，高比例系數(shù)又會(huì)放大諧波電流使輸出電流的性能變差，而且積分系數(shù)減小也會(huì)使電流穩(wěn)態(tài)誤差變大。 坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換通常分成“等量”和“等功率”變換兩種?！暗攘俊弊鴺?biāo)變換是指變換前后通用矢量相等，也稱2/3變換。“等功率”變換在坐標(biāo)變換前后功率相等，或稱√2/3變換。實(shí)際情況時(shí)，可根據(jù)具體要求任意選用兩種變換。這里遵循“等功率”原則進(jìn)行坐標(biāo)變換。變換過程的參考坐標(biāo)系如圖24示。圖24 電機(jī)定、轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系圖中定義軸系的軸與靜止空間坐標(biāo)系中的參考軸線即定子A相繞組重合，軸超前軸90176。的電角度。由于軸與在A相繞組軸線重合，故稱軸系為電機(jī)三相靜止坐標(biāo)系。同時(shí)定義系統(tǒng)的軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的軸線重合，且系統(tǒng)軸超前軸90176。電角度，A相定子繞組與軸之間的夾角為，軸坐標(biāo)系在空間上隨電機(jī)轉(zhuǎn)子以電角度一同旋轉(zhuǎn)，稱為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。定子三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC與兩相靜止坐標(biāo)系 之間的變換為Clarke變換即3/2變換，其變換公式為 （211）兩相靜止坐標(biāo)系 到定子三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC的Clarke逆變換公式為 （212）對(duì)于繞組是Y形連接的電機(jī)，存在將此式代入（212）得 （213）它的逆變公式為 （214）兩相靜止坐標(biāo)系 到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 之間的Park變換，即2/2變換的變換公式為，其逆變公式為第3章 基于滑?？刂频乃俣日{(diào)節(jié)設(shè)計(jì)滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上是一類特殊的非線性控制，其非線性具體表現(xiàn)為對(duì)系統(tǒng)的控制的不連續(xù)性。該特性可以迫使所控制的系統(tǒng)在規(guī)定的條件下沿一定的軌跡以較高頻、較小振幅上下運(yùn)動(dòng)，此即所謂的滑模運(yùn)動(dòng)。開關(guān)切換使得系統(tǒng)在整個(gè)過程中不斷改變其結(jié)構(gòu)，而開關(guān)的切換動(dòng)作則受“滑動(dòng)模態(tài)”控制，而滑動(dòng)模態(tài)是可以設(shè)計(jì)的。滑模變結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是不需對(duì)系統(tǒng)精確觀測(cè)、控制律整定的方法簡(jiǎn)單、當(dāng)擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)和調(diào)整速度快，具有很好的魯棒性。因此滑模變結(jié)構(gòu)控制在電機(jī)控制系統(tǒng)中得到了深入的研究并獲得了許多成功的應(yīng)用。 變結(jié)構(gòu)控制理論，不是一種分析方法，而是一種綜合方法，因此，其重點(diǎn)是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。 設(shè)計(jì)問題包括兩個(gè)方面的內(nèi)容： (1)選擇切換函數(shù)，或者說確定切換面毛； (2)求取控制律。 設(shè)計(jì)的目標(biāo)即變結(jié)構(gòu)控制的三要素為： (1)所有相軌跡于有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)切換面； (2)切換面存在滑動(dòng)模態(tài)區(qū)； (3)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)漸進(jìn)穩(wěn)定并具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。 從實(shí)際應(yīng)用的觀點(diǎn)來說，當(dāng)要構(gòu)成一個(gè)滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)時(shí)，往往會(huì)遇到控制學(xué)上昀一些問題，如系統(tǒng)的魯棒性、對(duì)系統(tǒng)外部存在的持續(xù)擾動(dòng)的處理以及滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)固有的“抖動(dòng)”問題。設(shè)有一個(gè)控制系統(tǒng) (31)為系統(tǒng)狀態(tài)分量，為系統(tǒng)的控制輸出向量。確定一個(gè)切換矢量函 (32)求解控制函數(shù) (33)其中，使得切換面以外的相軌跡于有限時(shí)間內(nèi)進(jìn)入切換面；切換面是滑動(dòng)模態(tài)區(qū)；滑模運(yùn)動(dòng)漸進(jìn)穩(wěn)態(tài)且動(dòng)態(tài)品質(zhì)良好。這樣的控制系統(tǒng)稱為滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，或簡(jiǎn)稱為變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。 滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)的基本步驟分為以下兩步： (1)設(shè)計(jì)切換函數(shù)，使其所確定的滑動(dòng)模態(tài)漸進(jìn)穩(wěn)定且具有良好的
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