交流永磁同步電機(jī)的非線性控制研究

1、 交流永磁同步電機(jī)的非線性控制研究 盧正明摘 要：本文主要講述PMSM數(shù)學(xué)模型，并用滑模變結(jié)構(gòu)控制方法構(gòu)建控制系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器，并對電流環(huán)采用PI算法，可精確控制定子電流。之后通過MATLAB建立PMSM控制系統(tǒng)的模型，仿真結(jié)果證明了滑模變結(jié)構(gòu)控制可行性和優(yōu)越性。Key：PMSM；滑模變結(jié)構(gòu)控制； MATLAB；矢量控制0 引言傳統(tǒng)PID控制在交流永磁同步電機(jī)控制中被廣泛使用，但由于算法本身對電機(jī)本體參數(shù)的依賴，使得其魯棒性較差。近年來，滑模變結(jié)構(gòu)控制受到越來越多重視，由于滑模系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)與參數(shù)和擾動無關(guān)，由開關(guān)面的參數(shù)決定，所以具有很好的魯棒控制性1。1 PMSM數(shù)學(xué)模型本文永磁同步電機(jī)選

2、取三相星型定子繞組的連接模式，假定反電動勢正弦和其鐵損忽略不計，參考模型可如下：ud，uq，id，iq，Ld，Lq，d，q分別為d，q軸定子電壓，電流，電感，磁鏈；Rs為定子電阻；f為轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生的磁鏈；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Te電磁轉(zhuǎn)矩；B為粘性摩擦因數(shù)；J為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，P為電機(jī)的極對數(shù)，為轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度 2 。2 SMC介紹SMC是把任一點(diǎn)出發(fā)的狀態(tài)軌跡引到滑模面，并保證系統(tǒng)滑模面上的運(yùn)動漸近穩(wěn)定，其特點(diǎn)為控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不固定，但在有目的地改變當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)的動態(tài)過程。定義滑模系統(tǒng)滿足 ；一般來說，初始狀態(tài)x（0）不一定在該區(qū)域內(nèi)，此時要求系統(tǒng)的運(yùn)動要趨于切換面S = 0，即滿足可達(dá)性條

3、件；當(dāng)滑動模式運(yùn)行時，系統(tǒng)路徑總是在開關(guān)表面的滑模區(qū)域，且沿切換面S（x） = 0的滑模運(yùn)動；此時滑模運(yùn)動的微分方程取決于。顯而易見，切換函數(shù)S（x）及其參數(shù)的選擇決定了滑模運(yùn)動動態(tài)品質(zhì)。3 永磁同步電機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計對于SPMSM， Ld=Lq=L， 采用 = 0 矢量控制方式時，PMSM 的解耦狀態(tài)方程為式：為了在PMSM系統(tǒng)中引入滑?？刂疲∠到y(tǒng)的狀態(tài)變量為：角速度誤差 ； 滑模調(diào)節(jié)器輸入 ；調(diào)節(jié)器電流給定 ，假設(shè)粘性摩擦因數(shù)B=0，從而得到系統(tǒng)在相空間上的數(shù)學(xué)模型為：（6）因?yàn)榭刂茷榉蔷€性系統(tǒng)存在抖振現(xiàn)象，在輸出前加上積分器濾波，可削弱抖振；輸出有積分環(huán)節(jié)，也可以消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤

4、差。由上可獲得最終控制量iq，其中 按式（7） 取值：（8）4仿真和實(shí)驗(yàn)研究為了驗(yàn)證滑?？刂扑惴ǖ臏?zhǔn)確性，對基于id=0的PMSM矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，進(jìn)行SMC和PI控制器仿真。仿真參數(shù)為：Rs=2.875；Ld=Lq=8.5mH；f=0.175Wb；J=0.0008kgm2；極對數(shù)P=4。選取的PI參數(shù)為Kp=5，Ki=0.0005。SMC參數(shù)設(shè)置為1=10000，1=40；2=8000，2=-5。PI和SMC輸出均飽和受限4 。PMSM的參考角速度設(shè)為1000rad/s，開始啟動時不帶負(fù)載，當(dāng)t=0.1s時，加上負(fù)載TL=5Nm。仿真結(jié)果見圖1和圖2：圖1和圖2對比，顯而易見的：（1）、PI

5、動態(tài)性能要優(yōu)于SMC；（2）、當(dāng)加上負(fù)載后，SMC控制仍可以參考角速度運(yùn)行，而PI控制有比較大的穩(wěn)定誤差值；（3）、SMC啟動電流和扭矩都比PI小。5 總結(jié)本文在基于矢量控制的PMSM調(diào)速系統(tǒng)上構(gòu)建了一種簡單易行的SMC 控制器，并對系統(tǒng)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)研究；與此同時和傳統(tǒng)的PI控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和仿真對比。結(jié)果表明，滑?？刂破骺梢燥@著提高PMSM調(diào)速系統(tǒng)動靜態(tài)，是有效的、可靠的控制器設(shè)計方案。Reference：1 郭可忠， 徐若穎.永磁同步電機(jī)的滑模變結(jié)構(gòu)控制 J.中小型電機(jī)， 1997， 24 -28.2 Bose B. K， Power electronics and motor d

6、rives recent progress and perspective， IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2009，Vol.56， No.2， 581-588.3 姚瓊薈等. 變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)M. 重慶： 重慶大學(xué)出版設(shè)計， 1997. 45-51.4 W.J. Lin， etc.， On Sliding Mode Control of Permanent Magnet Synchronous Motor， 2014 26th Chinese Control and Decision Conference， NO.4555-4559.科學(xué)與財富2016年7期科學(xué)與財富的其它文章略述小學(xué)科學(xué)公開課中學(xué)生不良情緒的疏導(dǎo)淺談幼兒教育如何建構(gòu)積極有效的師幼