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基于模糊滑模变结构的PMSM矢量控制的仿真研究

时间:2021-07-05 17:22:02 来源:华体会体育官网 点击:

本文摘要:为了解决问题传统的PMSM矢量控制系统针对外界引力和阻碍,稳定性很差,鲁棒性劣的问题,本文明确提出了一种基于模糊不清滑模变结构掌控的PMSM矢量控制系统,以模糊不清滑模变结构掌控方式来设计扭矩调节器,并在simulink下展开了涉及建模。建模指出,此种方式设计的PMSM矢量控制系统比传统的矢量控制系统在外界扰动下,其动态号召更加慢,鲁棒性更加强劲。关键词:模糊不清滑模变结构;矢量掌控;鲁棒性1章节随着现代永磁材料的经常出现,永磁电机的效率获得相当大的提升。

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为了解决问题传统的PMSM矢量控制系统针对外界引力和阻碍,稳定性很差,鲁棒性劣的问题,本文明确提出了一种基于模糊不清滑模变结构掌控的PMSM矢量控制系统,以模糊不清滑模变结构掌控方式来设计扭矩调节器,并在simulink下展开了涉及建模。建模指出,此种方式设计的PMSM矢量控制系统比传统的矢量控制系统在外界扰动下,其动态号召更加慢,鲁棒性更加强劲。关键词:模糊不清滑模变结构;矢量掌控;鲁棒性1章节随着现代永磁材料的经常出现,永磁电机的效率获得相当大的提升。

高效率的永磁同步电机比较传统的异步电机具有显著的优势,永磁同步电机早已在许多领域所取渐渐代替了异步电机作为主要的传动装置。矢量掌控与必要转矩掌控比起,转子磁链可以闭环控制,也可以开环掌控,转矩掌控是倒数的且较为光滑,调压范围较为长限于的范围长。矢量掌控方法的思想是通过转换方式获得直流电机的数学模型,再行通过反转换的方式获得三相坐标系中的涉及量,以实行掌控。

当前的矢量控制系统大都使用传统的PID掌控作为其速度控制器,虽然其算法比较较为简单,且更为更容易构建能取得较好的静态特性。但在实际应用于过程中,由于系统模型创建艰难、系统参数随环境条件的转变而转变、外界阻抗扰动的变化性的不存在,导致系统的快速性、抗扰性以及参数转变的鲁棒性都并不十分理想。本文针对原先系统的严重不足,用于滑模变结构掌控作为矢量掌控的速度控制器,与传统的掌控方式结合。[1]并对电压空间矢量产生的原理展开了涉及的分析,在simulink中搭起建模模型。

通过simulink中的建模结果显示,可以显现出用于滑模变结构掌控和传统掌控结合的掌控方式,可以使是系统快速性较好、超调量较小、鲁棒性和抗干扰能力较强的特点[2]。2 PMSM的状态方程忽视不影响矢量掌控的一些次要因素的前提下,PMSM在经过CLARK和PARK转换后,可以获得dq坐标系下的数学模型:                    式1为永磁同步电机的数学模型,式1中Lq,Ld为交直轴中的电感且两者大于,R为定子绕组的互为电阻的值,p为永磁电机的磁极对数,w为转子的角速度,ud、uq为定子d、q轴的电压,id、iq为定子d、q轴的电流,φf为PMSM的永磁磁通,J、F分别为永磁电机转动惯量和粘性摩擦系数。[3]仅次于转矩/电流掌控掌控、仅次于输出功率掌控以及id=0的掌控均可作为PMSM的掌控方式。

本文用于id=0的掌控方式,获得永磁同步电机的解法耦状态方程:2 磁链追踪掌控的构建  磁链追踪掌控模块的起到是使电机产生恒定的磁链幅值,通过转变变频器直流电源部分的电源状态,通过人组获得有效地矢量,通过无限大的思想来迫近圆形如图1右图,产生三互相差2/3π的近似于正弦波的电压驱动PMSM。恩电压空间矢量产于如图2右图。磁链追踪模块根据交直轴的电压自由选择,产生对应的电压空间矢量,由此计算出来六个基础空间电压矢量和两个零矢量的起到时间,产生掌控逆变器的脉冲信号。根据图2右图6个扇区同uα、uβ之间的关系,确认所需的电压空间矢量所处的扇区方位。

[4]记X=uα,Y=uβ,当Y0时,所取A=0;当sqrt(3)XY,所取B=0;当-sqrt(3)XY时C=0;其余条件下A、B、C皆为1。所取Z=A+2B+4C,获得Z值与各扇区闻的对应关系如表格1右图。

3 基于滑模变结构的PMSM矢量掌控3.1 矢量掌控矢量控制系统如图(3)右图,通过电流传感器检测出有ia、ib和ic,通过CLACK和PARK转换获得q轴和d轴上的等效电流id和iq,作为内环的对系统。外环通过传感器检测的转子实际扭矩值。负反馈环节将扭矩的等价值和对系统的扭矩的差值送到ASR,掌控输入转矩大小的电流iq*。

再行将iq*和等价id*和内环对系统的差值起到于q轴和d轴电流PI控制器中输入Vq和Vd,最后通过时域的到Va、Vb、Vc。融合磁链追踪掌控模块计算出来自由选择得出结论适当的电源电压矢量。进而掌控PMSM的扭矩。

3.2模糊不清滑模变结构掌控的设计逆结构掌控是一种转换反馈控制,滑动逆结构掌控是逆结构系统的一种控制策略,该掌控与传统的控制策略的区别在于其掌控的不连续性,即系统随时间变化的电源特性。[6]该掌控可以是系统在符合一定条件下,沿规定的状态做到上下运动,即所谓的滑动模态。

该滑动状态可以自行设计,且与系统的参数引力与扰动关系不大,使得滑动逆结构掌控具备较好的鲁棒性。3.2.1滑模变结构掌控扭矩调节器的的设计令其状态变量,回应速度的误差值, 作为速度调节器的输出,交轴电流iq*=u作为输入,依据id*=0掌控条件下的PMSM的解法耦方程式(2),可得相空间上的数学模型如式4右图。

                                     将是式2代入式4可以获得式5。                        令其,的PMSM的状态空间表达式如式6右图:                         转换函数挑选有线性函数和二次型函数两种形式,这里自由选择线性转换函数,其函数如式7右图。                                              控制率使用以等效掌控为基础的形式如式9右图。                                               (9)ueq为等效掌控,其值通过解法微分方程求出。

确认的参数要符合s上的点皆为止点,且符合滑动模态的可达性、不存在性和稳定性拒绝。通过滑模变结构掌控输入的掌控量打过分数才可获得所需的iq*。3.2.2模糊不清滑模变结构扭矩调节器的设计[7]普通滑模变结构掌控由于电源转换时间的延时以及空间迟缓等的影响,是系统产生晃动,危害机电系统。

通过模糊化方法,使其控制率在湿模面的距离有所不同,用于有所不同的掌控量。因此模糊控制亲率由必10右图。                               其中c和k是由模糊不清规则所确认系数。

基于滑模变结构掌控的PMSM的矢量控制系统图如图4右图。矢量掌控的外环把等价扭矩与对系统扭矩之间的差值传输给扭矩调节器,通过滑模变结构掌控输入iq*,然后与内环对系统切换后获得交直轴电流的差值,送到电流调节器通过PI调节获得交直轴电压,最后通过反转换获得三相电压输出SVPWM模块计算出来获得变频器直流电源部分的脉冲,驱动PMSM运动。4 基于滑模变结构的PMSM矢量控制系统建模            图5基于滑模变结构的PMSM矢量掌控的建模模型按照以上所述方式搭起矢量掌控的建模图如图5右图。

该建模模型还包括以下几个部分:常值等价模块,借以获取等价速度和id*=0的初始值;扭矩调节器模块,通过滑模变结构掌控把等价扭矩与实际转子速度的差值转换为iq*的值;电流调节器模块,把交直轴的电流改变为交直轴的电压;PARK鼓吹转换模块,把交直轴电压改变为uα,uβ;磁链追踪模块,借以产生PWM波形;CLARK模块和PARK模块,把检测到三相电流改变为交直轴电流;除此之外还包括GPS模块和PMSM等。5 建模结果分析    本文使用经典的Simulink对基于滑模变结构的PMSM矢量掌控的建模研究和适当的实验研究。建模所搭配的PMSM参数如下右图:近于对数p=2,d、q轴电感Ld=Lq=0.0085H,电阻R=2.875欧姆,永磁磁通φf=0.175Wb,永磁电机转动惯量J=0.0008kg.m2。

建模时在0.1s突加一个阻抗,通过建模结果,融合图6-8可以获得以下结果:速度控制器种类 启动时间 超调量 扰动后返回平衡状态时间PI掌控 0.017s 7.50% 0.011sFSCM掌控 0.013s 6.50% 0.006s由实验建模扣除的结果,可以显现出,使用模糊不清滑模变结构的永磁同步电机矢量掌控比使用传统PI掌控的永磁同步电机矢量掌控响应时间更加慢、超调量更加小,对另加扰动具备更佳的鲁棒性。同时由于通过模糊不清规则用于到掌控量中,大大弱化系统中不存在的晃动问题。6结束语本文使用了基于模糊不清滑模变结构的PMSM矢量掌控,解决了传统适度掌控在外界引力和阻碍不存在条件下快速性和鲁棒性劣的问题,通过建模结果表明滑模变结构的PMSM矢量掌控具备较好的鲁棒性和较高的快速性。

同时由于模糊不清规则的重新加入,提高了传统滑模变结掌控中构不存在着晃动问题,更佳的优化系统结构。 参考文献:[1]黄文美、宋桂英。直线永磁同步电机伺服系统的滑模变结构掌控[J]。微特电  机,2012,40(10):42-47.[2]LiuYing,ZhouBo,WangHabo.Anewslidingmodecontrolforpermanentmagnetsynchronousmotordrivesystembasedonreachinglawcontrol[c].IndustrialElectronicsandApplication4thIEEEConferenceonDigitalObjectIdentifier,2009:1046_1050.[3]阮毅、陈伯时。

电力拖自动控制系统—运动控制系统[M].北京:机械工业出有  版社,2009.8.[4]张成、王富东、李胜宁等基于MATLAB/Simulink的永磁同步电机矢量掌控[J]。苏州大学学报(工科版),2011,31(3):63-67.[5]凌海波、陈跃东、陈孟元等。基于预期电压空间矢量调制技术的PMSMDTC  系统[J]。安徽工程大学学报,2013,28(3):40-43.[6]杨兆华、吴磊涛。

DC/DC变换器时恒定滑模掌控与单周期掌控性能较为研究 [J]。电气自动化,2006,28(3):15-19.[7]王嘉南、李春明、张春雷。

矢量控制系统中的模糊不清滑模变结构速度掌控[J]。电气技术,2010,(6):24-26.。


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