基于扰动补偿的永磁同步电机滑模控制研究

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永磁同步电机具有功率因素高、效率高、损耗小、转矩大和控制性能好等诸多特点,被广泛应用于各个行业。针对永磁同步电机调速系统控制性能容易受到负载变化、内部参数摄动,以及因负载发生变化引起转动惯量改变所造成的影响,本文设计了一种基于双幂次趋近律的滑模速度控制器,结合负载扰动补偿和转动惯量辨识方法,达到提高控制系统的抗扰性能和鲁棒性的效果。本文主要研究内容如下:针对传统滑模控制存在的抖振问题,在传统滑模控制基础上,结合趋近律并对其进行改进,设计了一种基于新型趋近律的滑模速度控制器代替传统的控制方法。仿真实验结果表明,该控制方法对滑模控制固有抖振有很好的抑制效果,同时具有较强的抗扰能力和调节能力。针对电机在运行过程中,负载转矩波动或内部参数摄动,导致负载转矩参数的改变而影响到系统稳定性及抗干扰能力的问题,设计了一种负载扰动补偿观测器,将观测的负载转矩转换为电流与控制器输出值做差,反馈至调节系统中,对系统进行前馈补偿,以减小转矩电流的脉动,增强系统的抗干扰能力。实验结果表明,通过前馈补偿的方法能有效减小控制系统中转矩电流脉动,提高系统的抗扰能力和动态性能。针对负载的变化会引起系统整体的转动惯量发生改变,而转动惯量参数的改变又会影响系统的响应速度和控制精度,从而导致控制性能减弱的问题,结合模型参考自适应法,设计了一种转动惯量辨识模块,对系统整体惯量进行辨识,并实时反馈更新至观测器和控制器中。仿真实验证明,该设计方法既能快速高效辨识出系统的转动惯量参数值,同时,又可以有效减少因负载变化引起转动惯量改变对系统的影响,对系统整体控制性能有较大改善效果。最后,利用模型在环实物实验平台对本文所提出的控制策略进行实物验证,结果表明,本文的控制策略对系统抗扰性能和响应速度提升,以及系统调节能力都有很好的改善效果,增强了系统的鲁棒性,对高性能永磁同步电机驱动控制器的设计具有一定参考借鉴价值。
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