基于Super-Twisting滑模和模糊PID控制的无刷直流电机DTC研究

作     者：刘世钊 

作者单位：河北科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王雷;靳健欣

授予年度：2022年

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

主      题：无刷直流电机 直接转矩控制 Super-Twisting滑模控制 自适应模糊-PID控制 

摘      要：在政府提倡的节能环保、使用清洁能源的大环境下,家用电动汽车将逐步替代传统燃油车。无刷直流电机（Brushless DC motor,简称BLDCM）因其易于控制,体积小,运行可靠性高,在汽车电机驱动的各个环节获得越来越广泛的应用。目前关于无刷直流电动机的主要技术研究,主要集中在优化控制策略及抑制转矩脉动方面。本文从直接转矩控制（Direct Torque Control,DTC）的原理分析开始,详细介绍了无刷直流电机直接转矩控制技术。直接转矩控制技术应用在无刷直流电机上还存在转矩脉动较大,抗干扰能力较差的问题。针对这个问题本文提出了一种二阶滑模控制算法:Super-Twisting滑模（Super-Twisting sliding mode,STSM）控制算法,将直接转矩控制中的滞环用基于该算法的滑模替代,并将SVPWM调制技术替换传统DTC中开关表,通过在MATLAB/Simulink平台下仿真测试,对比了转矩波形、转速波形及磁链波形,证明STSM-DTC控制策略有效抑制无刷直流电机转矩脉动并增强系统的鲁棒性。由于无刷直流电机调速系统具有一定的非线性、时变性,电机运行期间转速超调量过高,外部扰动和一些不确定性因素都会对控制器的参数产生影响。传统PI转速控制器的参数无法自动调节,难以适应外部变化。将STSM-DTC控制系统中的转速PI控制器用自适应模糊-PID控制器替代,提高整个控制系统的自适应性及抗干扰能力,通过MATLAB/Simulink下仿真测试,该控制策略进一步抑制了转矩脉动,大大减小了转速调节时间和超调量,提高了系统的抗干扰性。本文以TMS320F28335芯片为控制核心的硬件电路搭建了一套实验平台,利用CCS软件（Code Composer Studio,CCS）进行系统调试。采用额定功率为50W的无刷直流电机进行高速和低速、空载和负载的性能测试,进而对本文提出的控制算法进行了实验验证。