【摘要】：永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、響應(yīng)速度快、控制精度高、效率高等優(yōu)點,是一款常用于數(shù)控機床、機器人、航空航天等位置伺服控制領(lǐng)域的執(zhí)行電機。隨著以高端制造業(yè)為代表的工業(yè)應(yīng)用不斷深入以及人工智能、半導(dǎo)體材料等領(lǐng)域的飛速發(fā)展,人們希望永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能以及魯棒性能夠滿足日益嚴苛的性能需求,性能相對落后的傳統(tǒng)位置伺服控制方法難以勝任。本文研究的核心是旨在尋求某種位置閉環(huán)控制算法,在控制效果上優(yōu)于傳統(tǒng)控制方法;同時在算法的實現(xiàn)上力求可行,從而有利于向各類位置伺服控制推廣,以適應(yīng)《中國制造2025》為代表的新時代工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的需求,因此在理論研究和工程實踐方面均具有重要的意義。本文介紹了永磁同步電機的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀、永磁同步電機的機械結(jié)構(gòu)以及永磁同步電機的運行原理,并根據(jù)運行原理和基本電磁關(guān)系給出了電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。針對傳統(tǒng)位置閉環(huán)控制算法面對日益復(fù)雜的工況,在動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能以及魯棒性等方面存在改進提升的空間,因此本文在傳統(tǒng)滑�？刂扑惴ㄖ幸敕謹�(shù)階微積分,設(shè)計了分數(shù)階滑模控制算法,將該算法應(yīng)用于永磁同步電機位置伺服系統(tǒng)的位置環(huán)控制器,通過對分數(shù)階滑模面的設(shè)計以及趨近律的選擇,提升了系統(tǒng)的控制性能。針對系統(tǒng)運行過程中未知負載擾動對系統(tǒng)影響的問題,還構(gòu)建了負載觀測器對擾動進行前饋補償,可以有效保證系統(tǒng)的位置跟蹤精度,提高了系統(tǒng)的抗擾性。為驗證本文提出的控制算法的有效性,首先在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了永磁同步電機位置控制系統(tǒng)仿真模型,進行了仿真并分析了仿真結(jié)果。同時還根據(jù)實驗需求搭建了系統(tǒng)實驗平臺,利用此實驗平臺對控制算法進行實驗驗證并分析了實驗結(jié)果。仿真結(jié)果和實驗結(jié)果表明,本文提出的基于分數(shù)階滑模控制算法運用在位置控制系統(tǒng)中時是有效的,并且其控制性能體現(xiàn)出了一定的優(yōu)越性。
【圖文】：

第二章 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型及磁場定向控制第二章 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型及磁場定向控制2.1 永磁同步電機結(jié)構(gòu)及運行原理永磁同步電機問世已近 200 年，規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用也已有半個世紀之久，是一款非常成熟的電機。但是永磁同步電機并沒有標(biāo)準(zhǔn)化（例如標(biāo)準(zhǔn)異步電機），其結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣性�？梢愿鶕�(jù)電樞繞組相對空間位置、永磁體布置方式、電樞繞組工作電流波形以及電機運動方式等不同維度對永磁同步電機進行分類，不同結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的運行原理差異不大，本文以內(nèi)轉(zhuǎn)子電機為代表進行闡述。2.1.1 永磁同步電機的結(jié)構(gòu)圖 2.1 所示為本文研究用永磁同步電機的 3D 模型分解圖。主要機械部件包括機座定子鐵芯、定子繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁體磁鋼、轉(zhuǎn)子軸、軸承、端蓋、外部接線端子位置傳感器、以及以及緩沖墊片等部件。

（a）定子實物圖 （b）轉(zhuǎn)子實物圖圖 2.2 電機定子轉(zhuǎn)子實物圖從圖 2.2（a）中可以看到，分數(shù)槽集中繞組的每個線圈繞在一個定子齒上（繞組節(jié)距0y 1），并使用聚乙烯材料制成的絕緣襯套固定，最后用粘結(jié)劑粘結(jié)。電機極數(shù)與定子齒數(shù)比為8/6，每極每相槽數(shù) q 1 4。同一槽內(nèi)的兩個繞組不同相，同一相繞組的線圈在不同極下面，每一對極下面的齒和槽存在空間偏移，每一相繞組中各個串聯(lián)線圈感應(yīng)的齒諧波電動勢存在相位差，因此合成后電動勢的齒諧波分量被削弱，能夠有效提高繞組反電動勢的正弦度[29]。采用分數(shù)槽繞組的優(yōu)點是能夠有效削弱齒槽阻力矩[30][31]。原本分數(shù)槽集中繞組大多用在牽引拖動類永磁電機上（如無刷直流電機），但由于能夠節(jié)省繞組端部銅耗材，，且繞線方式簡單，能夠降低電機價格，因此分數(shù)槽集中繞組現(xiàn)在也已經(jīng)開始被微型永磁同步電機廣泛采用。轉(zhuǎn)子實物如圖 2.2（b）所示。永磁體磁鋼布置方式為表貼式結(jié)構(gòu)，磁鋼使用專用粘結(jié)劑粘結(jié)在轉(zhuǎn)子鐵芯外側(cè)，為保證高速旋轉(zhuǎn)時永磁體磁鋼不脫落，使用環(huán)氧樹脂材料的
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM341

【參考文獻】

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本文編號：2600899