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基于参数辨识的永磁同步电机自适应控制研究

作 者: 张英范
导 师: 高军礼
学 校: 广东工业大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 永磁同步电机(PMSM) 矢量控制 参数辨识 模型参考自适应(MRAS) PI自适应调节
分类号: TM341
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


高性能的永磁同步电机控制系统已经成为伺服控制系统的发展趋势。永磁同步电机伺服系统中,电机参数和转动惯量随着工况的变化而变化而对系统的性能有很大的影响。PMSM参数和转动惯量的在线辨识成为高精度控制的一个技术要求和重要方面。另一方面,传统的PID调节器因不能随工况的改变进行参数自校正使系统的稳定性和抗扰性变差,所以PID调节器的自适应能力是伺服控制系统的发展方向。本课题在PMSM矢量控制系统的基础,对电机参数、转动惯量在线辨识和PID调节器参数自适应控制理论进行研究,运用MRAS设计电机参数、转动惯量的辨识模型,之后设计两种PID参数自适应调节器,通过Matlab/Simulink进行理论仿真验证了理论和方法的可行性。基于TMS320F2812 DSP设计PMSM矢量控制系统,并在矢量控制系统的基础上进行电机参数在线辨识、速度PID调节器的参数自整定。主要研究内容:1.基于PMSM的矢量控制系统对控制系统两环的传递函数进行分析,分别建立了电流环、速度环的数学模型,完成电流环和速度环的控制器参数的设计,为PMSM参数辨识和控制器PID参数自适应提供系统平台。2.通过对模型参考自适应控制(MRAS)的研究,采用popov超稳定性理论设计PMSM的参数辨识自适应律,并在矢量控制仿真模型的基础上设计了PMSM参数和转动惯量的MRAS自适应在线辨识的Simulink仿真。仿真和试验结果验证了MRAS辨识方法的可行性和稳定性。3.对比研究基于Fuzzy-PID控制器和传统PID控制器所设计的PMSM矢量系统速度PID调节器参数的自适应控制。提出一种基于转动惯量和电机参数辨识的参数自提交自适应PID调节器设计方法,克服Fuzzy-PID控制系统性能仍然受PMSM转动惯量的影响。4.基于TMS320F2812 DSP实现PMSM矢量控制系统,设计系统硬件电路和相关控制程序,在矢量控制系统基础上实现PMSM参数在线辨识和自适应PID控制。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
CONTENTS  10-13
第一章 绪论  13-20
  1.1 PMSM控制策略  14-16
    1.1.1 变压变频控制  14-15
    1.1.2 矢量控制  15
    1.1.3 直接转矩控制  15-16
  1.2 PMSM参数辨识方法  16-18
    1.2.1 最小二乘法参数辨识  16-17
    1.2.2 模型参考自适应参数辨识  17
    1.2.3 滑模变结构自适应参数辨识  17
    1.2.4 卡尔曼滤波法参数辨识  17-18
  1.3 PMSM自适应控制  18-19
    1.3.1 PMSM自适应PI控制  18-19
    1.3.2 PMSM自适应PI方法分析  19
  1.4 主要研究内容  19-20
第二章 永磁同步电机矢量控制系统  20-31
  2.1 PMSM数学模型的建立  20-22
    2.1.1 PMSM的结构及坐标变换  20-21
    2.1.2 dq坐标系下PMSM数学模型  21-22
  2.2 PMSM电流控制策略分析  22-23
  2.3 PI调节器参数设计  23-26
    2.3.1 电流环PI控制器设计  24-25
    2.3.2 速度环PI控制器设计  25-26
  2.4 空间矢量脉宽调制  26-30
    2.4.1 空间矢量脉宽调制原理  26-27
    2.4.2 空间电压矢量脉宽调制技术实现方法  27-30
  2.5 PMSM矢量控制系统及其仿真  30
  2.6 本章小结  30-31
第三章 永磁同步电机参数在线辨识  31-40
  3.1 PMSM参数、转动惯量参数变化影响  31-32
    3.1.1 电机参数变化对PMSM控制系统的影响  31
    3.1.2 转动惯量变化对PMSM控制系统的影响  31-32
  3.2 模型参考自适应参数辨识理论  32-34
  3.3 在线辨识PMSM参数和转动惯量  34-39
    3.3.1 基于MRAS的PMSM参数在线辨识  34-38
    3.3.2 基于MRAS的转动惯量在线辨识  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章 永磁同步电机自适应PI控制研究  40-47
  4.1 永磁同步电机模糊自调整PI调速系统  40-45
    4.1.1 模糊自调整PI控制器工作原理  40-41
    4.1.2 模糊自适应PID算法研究  41-43
    4.1.3 PMSM模糊自适应PI调速系统  43-45
  4.2 永磁同步电机参数自提交自适应PI控制  45-46
  4.3 本章小结  46-47
第五章 PMSM控制系统硬件和软件设计  47-61
  5.1 硬件平台总设计  47-49
    5.1.1 TMS320F2812结构及其特点  47
    5.1.2 硬件总体框架  47-48
    5.1.3 硬件工作原理介绍  48-49
  5.2 硬件功能模块电路设计  49-53
    5.2.1 电流电压检测电路  49-50
    5.2.2 保护电路设计  50-51
    5.2.3 IPM选定依据和电路设计  51-52
    5.2.4 基于PWM的DAC电路设计  52-53
  5.3 PMSM控制系统的软件设计  53-56
    5.3.1 系统软件概述  53
    5.3.2 主程序  53-54
    5.3.3 定时器中断程序  54-56
  5.4 软件主要功能模块设计  56-60
    5.4.1 电流采样反馈调节模块  56-57
    5.4.2 转子初始位置检测  57-58
    5.4.3 PMSM转速检测  58-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章 系统仿真与系统实验  61-71
  6.1 系统仿真  61-67
    6.1.1 PMSM矢量控制系统仿真  61-63
    6.1.2 PMSM参数在线辨识仿真  63-64
    6.1.3 PMSM自适应Fuzzy-PI控制仿真  64-65
    6.1.4 基于参数自提交的PMSM自适应PI控制仿真  65-67
  6.2 系统实验  67-70
    6.2.1 实验条件和实验参数  67-68
    6.2.2 SVPWM模块实现  68-69
    6.2.3 PMSM系统调速波形测试  69-70
  6.3 本章小结  70-71
结论与展望  71-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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