基于模糊滑模变结构的永磁同步电机控制器设计

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永磁同步电机(PMSM)以其具备体积小、效率高、运行可靠等一系列优势,成为了交流伺服控制系统中使用最为普遍的电动机。考虑到永磁同步电机自身为一个耦合性强、变量多且呈非线性的时变复杂系统,加上运行环境中谐波干扰、器件误差等外界因素的影响,使得基于传统PID算法的控制器难以达到响应快速性和对扰动强鲁棒性的要求。针对以上问题,本文以永磁同步电机为被控对象,选取了在鲁棒性、响应速度以及算法实现方面均比较良好的滑模变结构控制(SMC)进行探索和改进研究并将其应用到速度环控制器中,以满足高品质的控制要求。本文首先从电机内部物理量之间的关系出发,再经由坐标变换原理推演出永磁同步电机的解耦方程。采用_di=0的矢量控制策略,结合空间电压矢量控制(SVPWM)技术,搭建了永磁同步电机双闭环控制的仿真模型。其次本文从算法原理和品质特性两个角度对滑模变结构控制(SMC)进行介绍,并对抖振的产生缘由和削弱对策做出分析。推导了速度环常规滑模控制算法,并分别采用“准滑动模态法”、“趋近律法”对抖振进行削弱。为更好地减轻系统抖振,本文设计了一种改进指数趋近律的积分型滑模控制策略。在积分滑模面的基础上,对指数趋近律中切换增益进行改进,仿真曲线表明该控制器在强鲁棒性的基础上能够明显削弱抖振。最后引入模糊控制策略,设计了一种模糊滑模复合控制器,实现滑模参数的在线自适应修正。仿真结果表明此模糊滑模控制器性能优异:具有较快稳定时间,并且很好地减轻输出的抖振,也保持了强鲁棒性的特点,达到预期的控制效果。
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