混合動力汽車用永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制

【摘要】：交流永磁同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor,簡稱PMSM)是一種高性能電機,因其具有結(jié)構(gòu)非常簡單、性能十分可靠、轉(zhuǎn)矩/重量比特別高、調(diào)速性能非常好、損耗小等突出優(yōu)勢,逐步受到人們的關(guān)注,特別是在精度和可靠性要求高的場合備受青睞。從直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)(Direct Torque Control,簡稱DTC)應(yīng)用于變頻器開始,它便成了新時期變頻技術(shù)的領(lǐng)軍者。直接轉(zhuǎn)矩控制操作簡便、轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快、對系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)攝動和來自外部的干擾都有很強的魯棒性,因此廣泛應(yīng)用于永磁同步電機控制系統(tǒng)。但是存在轉(zhuǎn)矩脈動很大、逆變器開關(guān)的頻率不能保持穩(wěn)定,在速度較低時很難控制等問題。 滑模變結(jié)構(gòu)控制具有響應(yīng)反應(yīng)快、模型精度要求不高、對參數(shù)變化和負載擾動有安全的自適應(yīng)性和魯棒性、物理實現(xiàn)簡單等優(yōu)點,在電機調(diào)速領(lǐng)域得到大范圍使用。將快速終端滑模變結(jié)構(gòu)控制策略引入永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制,根據(jù)李亞普諾夫穩(wěn)定性定理,設(shè)計控制器的參數(shù),達到系統(tǒng)狀態(tài)在有限時間內(nèi)收斂、減小穩(wěn)態(tài)誤差的目的,從而解決傳統(tǒng)DTC存在的問題。 為了取消永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的機械傳感器,提出了基于徑向基函數(shù)(Radial Basis Function,簡稱RBF)神經(jīng)滑模觀測器的非線性轉(zhuǎn)速/位置估算方法?；谟来磐诫姍C的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)實測電流和觀測電流之間的誤差構(gòu)成滑模面,應(yīng)用觀測得到的反電動勢計算出估計的轉(zhuǎn)速/位置?；Ｗ兞孔鳛镽BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,網(wǎng)絡(luò)的輸出為觀測器的控制策略,控制目標(biāo)從跟蹤誤差轉(zhuǎn)為滑模函數(shù),由于神經(jīng)滑模控制器的輸入S始終與控制輸入同維,簡化了常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)并降低了一般滑?？刂频亩墩瘳F(xiàn)象,同時對系統(tǒng)中的確定項具有魯棒性,以獲得高精度的轉(zhuǎn)子位置以及轉(zhuǎn)速估計值,并驗證了此方法的穩(wěn)定性和有效性。 在分析上述理論的基礎(chǔ)上,基于MATLAB/Simulink仿真平臺對研究的控制系統(tǒng)進行模型搭建和實驗分析,結(jié)果顯示在削弱電機轉(zhuǎn)矩脈動方面,終端滑模變結(jié)構(gòu)控制算法更加優(yōu)秀,同時也能保證快速響應(yīng)的特性,對系統(tǒng)參數(shù)的變化和負載出現(xiàn)擾動等情況都體現(xiàn)了優(yōu)良的魯棒性。 【關(guān)鍵詞】：永磁同步電機 滑模變結(jié)構(gòu) 直接轉(zhuǎn)矩控制 空間電壓矢量 無位置傳感器
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM341
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 緒論7-13
• 1.1 本課題的來源與意義7-8
• 1.1.1 本課題的來源7
• 1.1.2 本課題研究的意義7-8
• 1.2 比較電動汽車所用的各種驅(qū)動電機的性能8
• 1.3 永磁同步電機基礎(chǔ)8-11
• 1.3.1 概述8-9
• 1.3.2 PMSM的控制策略9-11
• 1.4 永磁同步電機常用的控制方法11-12
• 1.5 本文研究內(nèi)容12-13
• 第二章 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型13-21
• 2.1 坐標(biāo)變換理論13-14
• 2.2 PMSM的數(shù)學(xué)模型14-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 第三章 滑模變結(jié)構(gòu)控制21-26
• 3.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理21-23
• 3.1.1 滑模變結(jié)構(gòu)的基本概念21-22
• 3.1.2 滑?？刂频幕締栴}——存在性和可達性22
• 3.1.3 滑動模態(tài)變結(jié)構(gòu)的等效控制和滑動模態(tài)方程22-23
• 3.2 滑動模態(tài)變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的設(shè)計過程23-25
• 3.2.1 切換函數(shù)的設(shè)計23-24
• 3.2.2 滑?？刂坡实脑O(shè)計方法24-25
• 3.3 滑模變結(jié)構(gòu)的分類25
• 3.4 終端滑模變結(jié)構(gòu)控制原理25
• 3.5 本章小結(jié)25-26
• 第四章 基于快速終端滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制26-44
• 4.1 基于滯環(huán)控制的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制26-30
• 4.2 基于SVPWM的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制30-33
• 4.2.1 基于SVPWM的PMSM-DTC原理30-31
• 4.2.2 空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)31-33
• 4.3 基于快速終端滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制33-38
• 4.3.1 基于快速終端滑模變結(jié)構(gòu)的控制器設(shè)計33-36
• 4.3.2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析36
• 4.3.3 最大轉(zhuǎn)矩電流比動態(tài)磁鏈給定控制策略36-38
• 4.4 仿真分析38-42
• 4.4.1 基于滯環(huán)控制的PMSM-DTC仿真實驗38-39
• 4.4.2 基于SVPWM的PMSM-DTC仿真實驗39-41
• 4.4.3 基于FTSM的PMSM-DTC仿真分析41-42
• 4.5 本章小結(jié)42-44
• 第五章 基于RBF神經(jīng)滑模觀測器永磁同步電動機無位置傳感器設(shè)計44-52
• 5.1 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述44-45
• 5.1.1 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理44-45
• 5.1.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點與缺點45
• 5.2 基于神經(jīng)滑模觀測器的轉(zhuǎn)子位置估算45-49
• 5.2.1 永磁同步電動機α、β兩相靜止坐標(biāo)系下電壓平衡方程45-46
• 5.2.2 轉(zhuǎn)子位置觀測器設(shè)計46-48
• 5.2.3 穩(wěn)定性分析48-49
• 5.3 仿真分析49-51
• 5.4 本章小結(jié)51-52
• 全文總結(jié)52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-57
• 作者簡介57
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果57-58

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