【《表贴式永磁同步电机无模型滑模转速控制与仿真分析案例》2900字】

表贴式永磁同步电机无模型滑模转速控制与仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u4606表贴式永磁同步电机无模型滑模转速控制与仿真分析案例 16641.1引言 1176391.2SMPMSM转速环超局部模型 1200561.3SMPMSM转速环传统无模型滑模控制 2232581.1.1无模型滑模控制器 3115211.1.2滑模观测器 4145841.4本章小结 44476第2章仿真与实验验证 5183412.1Matlab/Simulink简介 518472.2仿真系统各模块搭建 5324622.2.1坐标变换模块搭建 581522.2.2SVPWM模块搭建 6259142.2.3滑模控制模块搭建 971012.3仿真结果分析 91.1引言第二节的内容就是为推导出适合实验的模型提供了理论依据。通过推导这些模型能够更好的分析和理解无模控制法的原理。永磁同步电机的优点很多，例如鲁棒性强、外界环境的变化和系统固有数值的变化有可能对它产生影响，并且不对系统具体的数学模型产生依赖的。因此，本文提出了一种新型的滑模控制方法。首先根据无模型滑模控制（MFSMC）的方法，建立了表贴式永磁同步电机的关于速度环节的超局部模型，之后，设计了永磁同步电机的无模控制器，最后通过滑模观测器（SlidingModeObserver，SMO）的结果来推导和猜测模型之中未知的部分的数值。1.2SMPMSM转速环超局部模型在表贴式永磁同步电机Ld=Lq，因此在d-q坐标系下的电磁转矩方程可（11）在考虑下阻尼转矩的方法下，机械运动方程为（12）由电磁转矩方程式（11）和机械运动方程式（12）可得永磁同步电机的转速方程 （13）利用超局部模型的无模型控制方式，根据系统的输入和输出，建立永磁同步电机的超局部模型 （14）式中，α——q轴电流系数；F——已知部分和不确定部分。令是F的估计值，为ωe的观测值，则由式（14）可得 （15）1.3SMPMSM转速环传统无模型滑模控制在多变的运行环境和复杂困难的运行条件中，永磁同步电机的固有参数极其发生干扰变化等问题，对于系统的运行效率和生产性能产生了巨大的负面影响。然而，传统的PI控制方法不能使以上问题得到很好的处理与改善，并且不能满足电机运行过程中的高性能，高转速要求。为了使得永磁同步电机的鲁棒性得到增强，根据无模型控制方法，通过滑模控制的原理，本文创新性的将两种控制方法进行结合，被应用于多种电机的系统中。系统控制框图如图5所示。图5永磁同步电机系统控制框图1.1.1无模型滑模控制器基于无模型控制的思想，由超局部模型（14）所设计出的转速环无模型PI控制器为[32] （16）式中，——电机的给定转速；KP、KI——分别为系统的比例系数和积分系数；e1——转速误差，且。根据式（16），引入一个滑模控制信号，设计无模型滑模控制器为[33]（17）设计的永磁同步电机转速环无模型滑模控制器如图6所示图6永磁同步电机转速环无模型滑模控制器原理框图1.1.2滑模观测器由于式（14）中的F是未知量，为了估计出F的值，从而设计出滑模观测器为 （18）式中，e2——观测器的误差量，且。对e2进行求导，可以从式（14）和式（18）得到观测器的误差方程 （19）选取滑模面s2=e2,设定参数k，则e2便会趋近于零。1.4本章小结本章以表贴式永磁同步电机转速环的设计，学习和介绍了超局部模型的原理和培训表现，创新性的将两种控制方法进行结合，设计了一种符合本文要求的超局部模型，这种模型既具有非常强的独立性以致于不依附于具体的模型，又具有在滑膜系统机构中的良好的稳定性和强鲁棒性系统。该模型可以快速的提升电机性能就是因为系统还具有不容易因为参数变动而发生改变的优势。提出了无模滑模控制方法，在传统的无模型滑模控制方法的基础上，设计并估计了永磁同步电机超局部模型中未知部分F的值，从而提高永磁同步电机系统的性能。第2章仿真与实验验证本章通过使用Matlab/Simulink软件进行模型建立和仿真设计。在对结果和参数的分析对比之后，验证了本文所讨论的超局部模型系统使用的控制方法—无模滑模方法的可行性。2.1Matlab/Simulink简介Matlab中的动态仿真环境Simulink为实验的实现提供了条件，其中SimPowerSystems（电力系统）模块库，可被应用于电子电路的分析当中。它不仅使电路元件的参数调试变得方便，而且能够很直接的利用软件自带的显示模块来读出，例如电源、电压电流等波形，可以直接看到图。SimPowerSystems模块库还包含常用的电源、电子、电机等。利用软件内自带的工具来进行仿真模型电路的设计。此外，由于是新软件。Matlab软件可以展现模型所对应的真实设备，并且都是可以进行对比的，模型设备与我们的实际中模型相差不多。2.2仿真系统各模块搭建2.2.1坐标变换模块搭建本文建模仿真中，坐标变换为静止的坐标系A-B-C坐标系与两相静止的坐标系α-β坐标系之间的转换和两相静止的坐标系α-β坐标系与两相旋转的坐标系d-q坐标系。在Simulink环境下，首先构建坐标系A-B-C坐标系到两相静止坐标系α-β坐标系的模块转换，并封装为一个子系统，如图7所示。图7A-B-C坐标系到α-β坐标系的转换模块在Simulink环境下，构建两相静止坐标系α-β坐标系与旋转坐标系d-q坐标系之间的模块转换，并封装为一个子系统，如图8所示。图8α-β坐标系到d-q坐标系的转换模块2.2.2SVPWM模块搭建由于具有多种优点和特色，例如能够有效的抑制谐波、具有极其稳定的转矩、具有高度的直流利用率等。该技术因此得到了积极地推广和应用[34]。SVPWM在Simulink环境下的仿真图如图9所示。图9SVPWM仿真图图10确定扇形N仿真图图11中，Gain的值为，Gain1的值为-。图11产生PWM仿真图图12T1、T2实现仿真图图13Ton1、Ton2、Ton3实现仿真图图14计算X、Y、Z仿真图图14中，Gain1的值为，Gain2的值为/2。图10至图14为图中SVPWM模型仿真搭建各个部分的器件。2.2.3滑模控制模块搭建为了使得在系统中鲁棒性更强，选择好的控制方法就尤为关键。滑模控制方法就是合适的方法，它的仿真模型建立，如图15所示。图15SMC仿真图2.3仿真结果分析本章利用模型的建立和运行得出了永磁同步电机无模型滑模控制方法的正确性和可行性，在仿真进程中，针对调速系统的仿真是最高效的。采用的是id=0的矢量控制方法，仿真时间设置为0.2s。仿真中使用的电机参数如表4-1所示。表4-1表贴式永磁同步电机参数电机参数单位数值定子绕组（Rs）极对数（np）定子绕组q轴电感（Lq）定子绕组d轴电感（Ld）转子磁链（ψr）转动惯量（J）Ω对HHWbkg.m22.87540.00850.00850.1750.0015第一种：利用控制变量法，将转矩保持为2Nm不变，始终保持2这个数值。设置电机0-0.1s内转速为100rad/s，0.1s时转速增加至300rad/s。当系统的模型是以这种方式进行运行的时候，无模滑模控制方法和传统方法这两种方法进行对比。图中可以看出，当给定转速为100rad/s时，无模滑模控制系统需要0.01s才能跟上给定转速，而滑模控制需要0.035s才能跟上给定转速；当给定只转速为300rad/s时，无模型滑模控制可以在0.015s内达到给定速度，滑模控制能在0.03s内达到给定速度。因此，采用传统的普通的滑模控制的系统比采用无模滑模控制方法的系统响应速度更慢，加速也不能很快跟随。且不能在短时间内跟上给定的转速。图16转速仿真结果第二种：电机空载运行，当达到转速为300rad/s时稳定运行，在0.1s时，增加负载为2Nm。仿真结果如图示。下面是永磁同步电机中滑模观测器中的转速观测值和实际值之间对比分析图。有图表可知，测量值和实际值的误差都很小几乎没有。因此可以看出，滑模观测器