永磁同步電機(jī)精密伺服系統(tǒng)仿真研究及應(yīng)用

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1、學(xué)校代號10530學(xué)號201230111760分類號TM71密級工程碩士學(xué)位論文永磁同步電機(jī)精密伺服系統(tǒng)仿真研究及應(yīng)用學(xué)位申請人謝先銘指導(dǎo)教師蘭志勇副教授學(xué)院名稱信息工程學(xué)院學(xué)科專業(yè)電氣工程（專業(yè)碩士）研究方向電力傳動(dòng)控制技術(shù)二〇一五年五月二十六日ThesimulationresearchandapplicationofPermanentmagnetsynchronousmotorprecisionservosystemCandidateXieXian-mingSupervisorLanZhi-yong

2、CollegeCollegeofInformationEngineeringProgramElectricalEngineeringSpecializationElectricDriveTechnologyDegreeProfessionalMasterUniversityXiangtanUniversitystDateMay26,2015湘潭大學(xué)學(xué)位論義原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加ｔｕ標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任

3、何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研巧做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中Ｗ明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。＂》作者簽名／１：節(jié)＾恥冷日期：少年＆月３日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件巧電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湘潭大學(xué)可＾＾將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可?。薏捎糜坝?、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯

4、編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名；日期：Ｍ？日導(dǎo)師簽名日期；年月＾日轉(zhuǎn)摘要永磁同步電機(jī)（PMSM）具有結(jié)構(gòu)簡單、功率因數(shù)高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，且隨著永磁材料性能的不斷提升和電力電子元器件的發(fā)展，永磁同步電機(jī)廣泛地應(yīng)用于精確制導(dǎo)、武器隨動(dòng)系統(tǒng)、衛(wèi)星姿態(tài)控制以及工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械等多種高性能精確伺服領(lǐng)域。因此在響應(yīng)速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面對永磁同步電機(jī)精密伺服系統(tǒng)進(jìn)行深入研究就顯得十分必要。針對交流永磁伺服電機(jī)這類非線性、強(qiáng)耦合、參數(shù)攝動(dòng)的多變量系統(tǒng)

5、，本文將級聯(lián)自抗擾控制引入，有效提高系統(tǒng)響應(yīng)速度、動(dòng)靜態(tài)性能以及抗擾能力。首先，從背景和意義上對研究內(nèi)容進(jìn)行了介紹，對精密伺服的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并介紹了常用的控制策略及空間電壓矢量技術(shù)。其次，在分析PI優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了自抗擾控制(ADRC)的各個(gè)組成部分及其原理；同時(shí)根據(jù)反步法（Backstepping）的思想，利用ADRC擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)，將ADRC引入到非線性級聯(lián)系統(tǒng)，以多個(gè)低階自抗擾控制器級聯(lián)實(shí)現(xiàn)控制，較好地簡化了高階非線性系統(tǒng)中高階自抗擾控制器的設(shè)計(jì)

6、，解決了PMSM非線性系統(tǒng)的不確定性、耦合性及干擾抑制問題。同時(shí)對級聯(lián)ADRC控制理論進(jìn)行了詳盡的闡述論證，最后介紹了級聯(lián)ADRC的算法原理與設(shè)計(jì)。此外，根據(jù)永磁同步電機(jī)的伺服調(diào)速和位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制框圖，并在PMSM數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)的級聯(lián)ADRC，在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了系統(tǒng)仿真模型并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)PI進(jìn)行對比，針對PMSM的調(diào)速和定位以及ADRC核心擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（ESO）的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，論證文中所提出的方法，使PMSM伺服系統(tǒng)在響應(yīng)速度、精準(zhǔn)度和抗擾

7、能力方面有著較大的提升。在上述理論基礎(chǔ)上，本文采用微芯公司的dsPIC33FJ64MC506為主控芯片設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)精密伺服系統(tǒng)的硬件、軟件部分，包括硬件整體結(jié)構(gòu)、電源電路、信號檢測電路、驅(qū)動(dòng)電路、軟件主程序以及中斷服務(wù)程序等，最后分析了部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為精密伺服系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；伺服系統(tǒng)；矢量控制；級聯(lián)；自抗擾控制IAbstractPermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)hasmanyadvantages,suchassimple

8、structure,highpowerfactor,highefficiency,highpowerfactor,Withthecontinuousimprovementofpermanentmagnetmaterialpropertiesanddevelopmentofpowerelectroniccomponents,Permanentmagnetsynchronousmotorsarewidelyusedinavarietyofhig