【正文】 器，并引入基于模糊控制理論的模糊PI來替代傳統(tǒng)PI，完成了系統(tǒng)的MATLAB仿真。本文以永磁同步電機(jī)無位置傳感器驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要工作分為MATLAB/SIMULINK仿真與系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)兩部。因此，在一些特殊及精度要求不高的場(chǎng)合，由只根據(jù)采樣電流、電壓等易測(cè)量，通過特定方法估算轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的無位置傳感器控制策略將得到廣泛應(yīng)用。但是永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的良好性能都是建立在閉環(huán)控制基礎(chǔ)之上的，因此如何獲取轉(zhuǎn)子位置和速度信號(hào)是整個(gè)系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。不保密。本學(xué)位論文屬于保密163。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文基于模糊控制的永磁同步電機(jī)無位置傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) VSensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Drive System Based on Fuzzy ControlbyXIAO Yangliu. (Shijiazhuang Railway Institute) 2007A thesis submitted in partial satisfaction of theRequirements for the degree ofMaster of EngineeringinElectrical Engineeringin theGraduate SchoolofHunan UniversitySupervisorProfessor ZHOU LawuApril，2010基于模糊控制的永磁同步電機(jī)無位置傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)碩士學(xué)位論文湖 南 大 學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。在______年解密后適用本授權(quán)書。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?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(jī)(PMSM)自身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，PMSM驅(qū)動(dòng)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。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中位置主要由旋轉(zhuǎn)變壓器或者光電編碼盤提供，但此類位置傳感器均有著成本高，維護(hù)困難，惡劣工況適用性差等本質(zhì)上的缺陷。為進(jìn)一步提高PMSM調(diào)速系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和魯棒性，具有易于構(gòu)造、輸出量連續(xù)、可靠性高、超調(diào)量小、魯棒性強(qiáng)、能夠克服非線性因素的影響等特點(diǎn)的模糊控制方法得到了越來越多的關(guān)注。第一部分工作建立了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上介紹了相關(guān)矢量控制原理，尤其是本文所采用的定子電流最優(yōu)控制策略。第二部分工作制作了以TMS320F2808DSP為核心控制芯片的硬件平臺(tái)，軟件的編寫和工廠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。關(guān)鍵詞: 永磁同步電機(jī)；無位置傳感器；定子電流最優(yōu)；模糊PI；DSPAbstractWith the development of microprocessor technology, power electronics technology and permanent magnetic materials manufacturing techniques, as well as tructure and operating characteristics of permanent magnet synchronous motor (PMSM), the PMSM drive system is widely applied in the areas of industrial and agricultural production. But the good performances of PMSM drive system are based on closedloop control, it is quite important of how to obtain the rotor position and speed signals in this system. Traditionally, the rotor position of the control system is mainly supplied by the resolver or optical encoder disk, but such position sensors have the nature defects of high costs, maintenance difficulties and poor performances in bad working conditions. Thus, sensorless control strategy which only according the sampling of the current and voltage to estimate the rotor position and speed by specific methods will be widely applied. To enhance the speed, stability and robustness of PMSM drive system further, fuzzy control method which has the characteristic of easy configuration, continue output, high reliability, small overshoot and strong robustness has gained more and more attention.In this paper, sensorless permanent magnet synchronous motor drive system for the study is mainly divided into two parts of MATLAB/SIMULINK simulation and system software and hardware achievement. In the first part, the auther established a mathematical model of PMSM, and on this basis, introduced the relevant principles of vector control, particularly the optimal control strategy used in this paper. At the same time, the author not only established a sliding mode observer to replace traditional mechanical position sensors according to the relevant principles, but also fuzzy PI to replace traditional PI under the introduction of fuzzy control theory, and then pleted MATLAB simulation of the system. The second part included the designing of a hardware experiment platform using TMS320F2808DSP for core control chip, software development and plant debugging.The results of MATLAB simulation and experiment, which show the prime control performance of the program and effectiveness of the system, prove that this program is an ideal control method．Key Words: PMSM。 Vector Control。 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(jī)的控制原理 7 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 7 8 永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的模型 8 坐標(biāo)變換 9 永磁同步電機(jī)在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 11 永磁同步電機(jī)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(cè)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(cè)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(jī)模糊PI控制 32 模糊控制的基本原理 32 模糊控制主要特點(diǎn) 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(jì) 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(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 40 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 40 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) 40 系統(tǒng)控制電路的組成 43 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 48 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 49 電機(jī)低速運(yùn)行 50 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行 51 突加負(fù)載實(shí)驗(yàn) 53 本章小結(jié) 54結(jié) 論 55參考文獻(xiàn) 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(jìn)步，電機(jī)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(jī)械工具和一般消費(fèi)品。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(jiǎn)單的交流永磁同步電機(jī) (Permanent magnet synchronous motor，簡(jiǎn)稱PMSM)應(yīng)用日益普及，漸漸的取代了傳統(tǒng)的直流電機(jī)和異步電機(jī)的地位。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等支撐技術(shù)的快速發(fā)展以及控制理論的不斷進(jìn)步，以永磁同步電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展得以極大的發(fā)展[1,2]。我國(guó)稀土資源豐富，號(hào)稱“稀土王國(guó)”，稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的研究達(dá)到了世界先進(jìn)水平。隨著永磁材料性能和電力電子器件性能價(jià)格比的不斷提高，現(xiàn)代控制理論、微機(jī)控制技術(shù)和電機(jī)制造工藝的迅猛發(fā)展，新磁路結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，在永磁同步電機(jī)理論分析、設(shè)計(jì)和控制策略中不斷出現(xiàn)有待進(jìn)一步深入研究的新課題[3,4]。而位置和速度信息的獲取，傳統(tǒng)的做法是在電機(jī)上安裝機(jī)械位置傳感器[5]。隨著控制理論與電力電子技術(shù)的發(fā)展，從1980年開始，眾多研究學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向了無位置傳感器的方案，即采用電壓傳感器或電流傳感器的輸出信號(hào)，間接估測(cè)轉(zhuǎn)子位置，使這些電機(jī)不需要霍爾傳感器等傳統(tǒng)的機(jī)械位置傳感器，稱之為無傳感控制。由于無傳感器驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以減少電機(jī)端的線路與傳感器空間，降低系統(tǒng)成本與復(fù)雜度，增強(qiáng)惡劣條件工作能力，提高了應(yīng)用的范圍[6,7]。對(duì)于遭遇技術(shù)瓶頸和國(guó)外技術(shù)封鎖的國(guó)內(nèi)高性能交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)及產(chǎn)品來說，研究具有自主知識(shí)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(jī)無位置傳感器控制技術(shù)，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本課題的研究對(duì)無位置傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。永磁同步電機(jī)的直接起動(dòng)是依靠阻尼繞組提供的異步轉(zhuǎn)矩將電機(jī)加速到接近同步轉(zhuǎn)速，然后由磁阻轉(zhuǎn)矩和同步轉(zhuǎn)矩將永磁同步電機(jī)牽入同步。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的電流控制方法對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行特性有很大影響，必須研究不同電流控制方法時(shí)系統(tǒng)所具有的動(dòng)靜態(tài)特性[8]。為了滿足實(shí)際需要，在額定轉(zhuǎn)速以下電機(jī)按恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，以盡快加速到額定轉(zhuǎn)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，電機(jī)滿容量下按恒功率運(yùn)行。為提高高速時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力，需對(duì)電機(jī)實(shí)施弱磁控制。為了實(shí)現(xiàn)弱磁，在電機(jī)電樞繞組中加入直軸電流，利用電機(jī)直軸電樞反應(yīng)抵消永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而提高永磁同步電機(jī)的高速運(yùn)行性能。與此同時(shí)國(guó)內(nèi)交流調(diào)速領(lǐng)域的學(xué)者也對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速進(jìn)行了大量的研究：白弢，劉宴等對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的DSP控制進(jìn)行了研究，并提出了基于DSP的矢量控制系統(tǒng)[11]；山東大學(xué)的周以齊博士對(duì)高性能交流伺服系統(tǒng)控制技術(shù)進(jìn)行了研究，其半閉環(huán)控制獨(dú)具特點(diǎn)[12]；邱阿瑞對(duì)異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出無速度傳感器控制[13]；山東大學(xué)的徐衍亮博士對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率特性及擴(kuò)速能力進(jìn)行了深入的研究[14]；濟(jì)南大學(xué)的盧秋霞、機(jī)械工程學(xué)院的董學(xué)仁對(duì)基于DSP的無速度傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)做了深入研究以及湖南大