基于模糊MRAS的PMSM无速度传感器控制系统的研究

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近些年由于传统汽车的大量生产与使用,燃油所消耗的石油资源与日俱增,而石油资源又是一种不可能再生的资源,因此对新能源汽车的研究成为当下的研究热点。论文通过对中外文献的大量阅读,就电动汽车中的电机转速控制方面展开研究工作,由于电机是电动汽车的核心动力部件,电机控制的好坏将会影响直接影响汽车的行驶性能与行驶安全性,优异的电机控制会给驾驶员带来良好的驾驶体验,因此对电机的控制在现实应用中具有很重要的研究意义。目前,纯电动汽车的产销比例占据新能源汽车领域的绝大部分。由于永磁同步电机具有较高的功率因数,结构紧凑且体积小质量小等优点,使得永磁同步电机的综合控制性能较为优异,在车用电机类型中选用永磁同步电机成为当下汽车电机发展的一种趋势。进行深入学习研究后,论文围绕基于模糊MRAS的PMSM无速度传感器控制系统展开了研究工作,主要工作内容及创新点为:(1)本文选用矢量控制与智能控制相结合的控制方式,并选用id=0这一控制策略。论文通过对三种空间矢量坐标系的研究,推导出空间矢量坐标变换的变换公式及其逆变换,从而实现了对电机控制的解耦。通过对三相电压型逆变器的研究,使其不同开关模式下产生的有效矢量逼近理想的定子磁链圆,进而对空间矢量脉宽调制展开设计。并实现几种空间矢量坐标系转换以及空间矢量脉宽调制在Matlab/Simulink中的模型建立。(2)传统电机控制中的PI参数是静止不变的,而在电机实际运行过程中电机的运行状态是会发生变化的,因此传统PI控制往往不能够满足实际控制的需要。模糊控制的引入使得PI参数可以随着系统运行的变化而不断调整,因此系统的稳定性与鲁棒性得到加强,电机的综合控制性能得到提升。并且建立有基于传统电机控制的系统仿真模型,通过模糊控制算法将电机控制中的转速环ASR进行优化,因此得到有模糊控制输出的电机控制仿真系统模型。(3)在进行电机控制时需要依靠电机的转速传感器检测得到电机转速信号,但传感器由于其自身众多因素,有时会使反馈得到的转速信息不够准确,甚至在有较大系统干扰情况下得到的转速信息偏离电机实际转速,因此本文设计出一种无速度传感器控制系统。利用并联型模型参考自适应系统,通过将电机本体的控制模型定义为参考模型,构建具有相同物理意义输出并带有转子转速辨识参数的模型为可调模型。通过对波波夫超稳定性理论的研究,得到具有稳定性的自适应率,从而通过自适应率的调节使得可调模型与参考模型之间的差值趋近于零。在软件中也搭建出相应仿真系统并验证了其控制性能。通过进一步研究发现,有些系统参数是会在电机运行时发生变化或波动的,因此基于该系统论文提出一种优化设计方法,实现既能无速度传感器控制又能对电机的系统参数进行实时整定。通过在Simulink中搭建仿真控制系统并分别验证了在有转矩改变,转速改变和定子电阻阻值改变时的电机控制性能。(4)最终论文通过本人在华晨宝马的一段项目实习经验得到一段汽车行驶的数据,通过将该数据导入到本系统中,通过对比分析验证了其综合控制效果。最终得到了预期的控制效果,实现了论文研究的意义,系统的鲁棒性得到显著增强,系统的控制性能得到综合提升。
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