基于模糊控制的永磁同步电机矢量控制系统及无位置传感器的研究

作     者：许二威 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王淑红;李保来

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：永磁同步电动机 模糊控制 高频注入 无位置传感器检测 

摘      要：快速发展的电力电子技术和微处理器的应用使得交流调速系统具有更加优良的控制性能,永磁同步电机伺服系统也在朝着高控制精度和宽调速范围的方向发展。作为交流调速系统的核心部件,永磁同步电机的应用前景将更加广阔。在永磁同步电机的控制系统中,矢量控制系统的应用比较广泛,PMSM（Permanent Magnet Synchronous Motor）矢量控制系统中的控制器一般采用的是经典PI控制,凭借其结构简单和参数修改方便成为PMSM控制系统中最广泛的调节器。由于传统PID控制本质上是一种线性控制方案,常规的PID参数整定方法往往依赖被控对象的数学模型和工程经验,并且需要在试验中进行调整。因此,对于非线性、多变量和参数时变的永磁同步电机这类控制对象,PID参数整定效果欠佳,对运行工况的适应性不强,难以满足人们对永磁同步电机调速系统高性能的控制要求。在高精度、控制性能优良的PMSM矢量控制系统中,最重要的是速度与位置的精确控制,因此需要在转子轴上安装位置传感器获取电机的转子速度与位置信息。位置传感器增加了电机的空间尺寸,位置检测电路易受外界干扰,并且位置传感器的线性度、分辨率易受温度和电磁干扰的影响,使得转子位置检测的可靠性不高。为了解决位置传感器带来的一系列问题,研究高精度和抗干扰性强的无传感器控制技术应用于PMSM控制系统具有重要意义。针对以上提出的问题,本文的研究内容如下:1、对于永磁同步电机控制系统而言,为了获得优良的控制性能,本文将模糊控制与传统PI控制相结合,设计了一种模糊PI控制器代替矢量控制系统的调节器,通过模糊控制实现PI参数的在线调整,使得控制系统在不同的工况下都具有最佳的PI参数,提高永磁同步电机矢量控制系统的动态性能。2、在Matlab的simulink环境下搭建基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制系统的模型,与固定PI参数下永磁同步电机的调速性能进行了对比分析。3、在软件平台Code Composer Studio上编写了模糊PI控制的程序,并在实验室2.2k W永磁同步电机矢量控制实验平台上实现基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制系统的实验,验证模糊PI控制器相对于经典PI控制器的优势。4、从高频激励下永磁同步电机的数学模型入手,在经过相关的理论推导的基础上,搭建基于脉振高频信号注入的永磁同步电机的转子位置检测的模型,通过仿真验证了方法的正确性。