永磁同步电机驱动控制器设计与控制算法研究

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本文分析了永磁同步电机的机械结构、工作原理和数学模型,针对永磁同步电机的转速控制提出了两种新的控制算法。为验证本文所提算法的控制效果,首先进行了MATLAB/Simulink仿真实验,仿真成功之后又对其进行了硬件实验研究,进一步验证了所提控制算法的有效性。1、针对传统PID控制算法无法实时跟随系统参数变化的缺点,提出了基于小波神经网络PID控制算法的永磁同步电机转速控制算法。由小波神经网络和增量式PID共同构成转速环控制器,采用三层前馈式人工神经网络,基于梯度下降纠正误差法在线训练更新网络参数,根据系统运行参数的变化,实时更新PID参数值,有效提高了电机的调速性能。2、针对传统指数趋近律滑模控制算法所存在的系统抖振问题,提出了一种基于新型趋近律的永磁同步电机转速滑模控制算法,在传统指数趋近律当中引入加权积分型增益,在增益项当中引入切换函数和积分增益绝对值,在滑模面函数趋近于零时,使切换项增益明显变小,从而抑制系统抖振;当系统在趋近模态阶段时,加权积分项的引入,可有效增大系统趋近速度,使系统快速收敛。基于本文提出的新型趋近律,设计了速度控制器,将其应用到永磁同步电机控制系统当中,有效抑制了系统抖振,实现了对永磁同步电机转速的高精度控制。为了对本文所提两种控制算法进行实际控制实验,针对实验室已有永磁同步电机驱动控制器的不足,对其进行了改进设计。采用TI公司生产的DSP TMS320F28335作为电机驱动控制器的主控制芯片,完成了永磁同步电机驱动控制器控制电路的电路原理图设计和PCB制板焊接,以及对永磁同步电机控制系统软件工程的建立。在DSP软件开发环境CCS6.0下,采用C语言编程实现了电机转子位置信号的读取、PWM波的产生、PI控制算法等基本功能。在前述工作的基础上分别将两种控制算法进行C语言编程,应用到所设计的永磁同步电机驱动控制器当中,对其进行了硬件实验研究。通过对比实验结果,进一步验证了本文所提两种控制算法的实际有效性,同时也验证了本文所设计的电机驱动控制器运行的可靠性。
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