永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制及非線性解耦的研究

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1、南京航空航天大學博士學位論文永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制及非線性解耦的研究姓名：劉賢興申請學位級別：博士專業(yè)：電力電子與電力傳動指導(dǎo)教師：胡育文20070301南京航空航天大學博士學位論文摘要直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTorqueControl,簡稱DTC）是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來的又一種新型高性能的交流調(diào)速技術(shù)。但永磁同步電機是一個多變量、非線性、強耦合系統(tǒng)，其傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)來解耦，存在轉(zhuǎn)矩脈動大，低速性能不理想等缺點。因此，本文以永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，重點研究永磁同步電機的非線性解

2、耦控制，為高性能的永磁同步電機控制提供新的方法。論文的主要研究工作及取得的研究成果如下：1、從空間電壓矢量出發(fā)，推導(dǎo)了不同坐標系下的永磁同步電機數(shù)學模型，并建立永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和永磁同步電機SVM-DTC系統(tǒng)，并進行仿真與實驗研究。2、針對永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)存在低速轉(zhuǎn)矩脈動和PI調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)參數(shù)攝動的魯棒性不強等缺點，本文提出了一種新穎的改進策略，用指數(shù)滑模變結(jié)構(gòu)控制器來替換PI速度調(diào)節(jié)器，并構(gòu)建永磁同步電機指數(shù)滑模變結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，在保留傳統(tǒng)DTC動態(tài)性能的情況下，提高了電機的低速性能，減小了轉(zhuǎn)

3、矩脈動和電磁噪聲。3、運用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論，提出基于轉(zhuǎn)速、磁鏈、轉(zhuǎn)矩三滑模變結(jié)構(gòu)控制器的永磁同步電機SVM-DTC系統(tǒng)，仿真和實驗結(jié)果驗證了該策略的可行性。4、針對永磁同步電機多變量、強耦合、非線性的特點，本文運用精確線性化理論來進行永磁同步電機速度和電流的解耦，并把滑模變結(jié)構(gòu)控制理論引入到永磁同步電機精確線性化控制系統(tǒng)中，建立基于滑模變結(jié)構(gòu)的電流控制器的PMSMSVM-DTC，并提出基于ψ?ω模型的永磁同步電機精確線性化控制，達sr到永磁同步電機的非線性解耦控制的目的。仿真和實驗結(jié)果表明，該控制策略具有理想的動態(tài)性能和良

4、好的魯棒性。5、采用逆系統(tǒng)方法對永磁同步電機進行線性化處理，并針對線性化處理后復(fù)合成的永磁同步電機偽線性系統(tǒng)進行閉環(huán)線性控制器的設(shè)計，并通過訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)代替解析逆系統(tǒng)對原系統(tǒng)進行解耦，達到永磁同步電機非線性解耦控制的目的。為永磁同步電機非線性解耦控制提供了一種新的方法。6、采用高性能的TMS320F2812DSP來構(gòu)建永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制數(shù)字控制實驗研究通用平臺。通過軟件的編程，可以方便地進行直接轉(zhuǎn)矩控制、SVM-DTC、滑模變結(jié)構(gòu)、非線性解耦等控制。關(guān)鍵詞:永磁同步電機，直接轉(zhuǎn)矩控制，SVM，精確線性化，滑模

5、變結(jié)構(gòu)，逆系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆，DSP，解耦控制。i永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制及非線性解耦的研究ABSTRACTDirecttorquecontrol(DTC)isahighperformanceACdrivingsystemaftervectorcontroltechnique.However,thepermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)isamulti-variable,nonlinear,stronglycouplingsystem.Thetraditionaldirecttorqueco

6、ntrolofpermanentmagnetsynchronousmotordecoupledthroughthefluxandtorquehysteresisandhassomeshortcomingssuchascurrentandtorqueripple,especiallyatlowspeed.Therefore,inthisthesistheauthormadeastudyofnonlineardecouplingcontrolbasedonthedirecttorquecontrolofpermanentmagn

7、etsynchronousmotor.Thismethodprovidesanewapproachfornonlineardecouplingcontrolofpermanentmagnetsynchronousmotor.Maincontentsandprogressesinthisdissertationareasfollows:1.Atthebaseofthespacevector,themathematicmodelsondifferentcoordinatearederive,thedirecttorquecont

8、rolsystemandthedirecttorquecontrolsystemusingspacevectormodulationareestablishedforpermanentmagnetsynchronousmotor.Meanwhile,thesimulationandexpe