本文關(guān)鍵詞：磁通切換永磁電機模糊自適應(yīng)PID控制研究

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【摘要】：磁通切換永磁(flux-switching permanent magnet,簡稱FSPM)電機作為一種新型的定子永磁型無刷電機,具有轉(zhuǎn)矩輸出能力強、轉(zhuǎn)矩密度大、易于冷卻和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單等特點,非常適合應(yīng)用于電動汽車等驅(qū)動領(lǐng)域。然而,FSPM電機電磁性能非線性嚴重,存在磁場飽和、參數(shù)耦合、徑向和軸向漏磁等現(xiàn)象,需要從電機本體設(shè)計、電力電子技術(shù)、先進控制理論三個方面著手處理,即通過優(yōu)化電機本體設(shè)計、選擇諧波總畸變率(total harmonics distortion,簡稱THD)更小的脈寬調(diào)制(pulse width modulation,簡稱PWM)方式以及更適合的非線性控制策略解決上述問題。本文主要研究針對速度控制器的模糊自適應(yīng)控制策略,將FSPM電機和逆變器看作一個整體作為被控對象。其中逆變器的調(diào)制方式為電壓型(Voltage-fed),具體為空間電壓矢量脈寬調(diào)制(space-vector pulse width modulation,簡稱SVPWM)。分別提出了模糊自適應(yīng)PID (adaptive fuzzy PID,簡稱AF-PID)和改進型直接自適應(yīng)模糊(improved direct adaptive fuzzy,簡稱IDAF)的控制算法,且提出了一種強魯棒性的數(shù)字轉(zhuǎn)矩觀測器算法。針對FSPM電機性能參數(shù)非線性強的特點,利用SimulinkTM仿真平臺,評估了模糊自適應(yīng)PID控制策略的參數(shù)敏感性和應(yīng)對突變負載的抵抗擾動能力,并進行了相應(yīng)的實驗研究和驗證。本文的主要研究內(nèi)容如下：(1)論述了該課題的研究內(nèi)容和意義,介紹了FSPM電機的工作原理、結(jié)構(gòu)特點和數(shù)學(xué)模型,闡明了SVPWM調(diào)制原理,并進行了相應(yīng)的算法優(yōu)化。(2)利用采樣控制系統(tǒng)(Sampled-Data Systems)理論對電流矢量控制(current vector control,簡稱CVC)的設(shè)計方法進行了深入分析,驗證了經(jīng)典控制理論直接應(yīng)用連續(xù)時域設(shè)計法的不足之處,提出了基于采樣控制系統(tǒng)理論的永磁同步電機連續(xù)環(huán)路閉合法(Successive Loop Closure),并采用系統(tǒng)辨識(System Identification)方法和Matlab/Toolbox,設(shè)計了相應(yīng)的實驗測試方案,為后續(xù)章節(jié)和實驗方法奠定了基礎(chǔ)。(3)闡述了模糊自適應(yīng)PID的基本理論,分析設(shè)計了FSPM電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)PID速度控制器,進行了相應(yīng)的仿真研究,仿真結(jié)果表明模糊自適應(yīng)PID控制具有較強的魯棒性。(4)針對傳統(tǒng)DTC中開環(huán)磁鏈觀測器參數(shù)敏感性差的特點,根據(jù)數(shù)字控制(Digital Control)理論,分析并設(shè)計了基于電壓電流混合模型的閉環(huán)數(shù)字磁鏈觀測器和電流觀測器,通過仿真研究了該數(shù)字觀測器的性能。該觀測器可作為傳統(tǒng)DTC的轉(zhuǎn)矩/磁鏈觀測器,為后續(xù)進行FSPM電機無差拍直接轉(zhuǎn)矩控制(dead-beat direct torque and flux control,簡稱DBDTFC)研究奠定了基礎(chǔ)。同時,為進行DBDTFC實驗提供了相應(yīng)的分離設(shè)計方案,即首先利用CVC的動態(tài)過程調(diào)試該數(shù)字轉(zhuǎn)矩／磁鏈觀測器的參數(shù),當觀測器的性能符合設(shè)計指標后,再進行無差拍轉(zhuǎn)矩控制器的閉環(huán)調(diào)試。(5)闡述了直接自適應(yīng)模糊控制(direct adaptive fuzzy,簡稱DAF)的原理,根據(jù)FSPM電機驅(qū)動控制系統(tǒng)數(shù)字DAF算法的不足,提出了改進型直接自適應(yīng)模糊(IDAF)算法,并進行了相應(yīng)的仿真研究,仿真結(jié)果表明該算法能同時保證較好的指令跟蹤(command tracking)和較強的抵抗擾動能力(disturbance rejection)。(6)完成了FSPM電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。對其中的模擬信號處理電路進行了原理性仿真,通過分步測試的工程方法驗證了設(shè)計方案的準確性,指出了模擬環(huán)節(jié)中影響實際控制系統(tǒng)性能的重要因素。詳細分析了所需的硬件電路,主要包括電壓和電流采樣電路、位置信號處理電路、過電流和溫度保護電路、電源電路以及驅(qū)動電路等。(7)完成了FSPM電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。數(shù)字控制器為TMS320F28335,針對其ADC模塊產(chǎn)生的采樣噪聲,根據(jù)FSPM電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的特點,分析設(shè)計了相應(yīng)的ⅡR數(shù)字濾波器。根據(jù)2015版MotorWareTM的代碼規(guī)范,在CCS6.1中編寫了ⅡR數(shù)字濾波器算法和AF-PID算法,給出了算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖和程序?qū)崿F(xiàn)流程,在2013版ControlSuiteTM開源模板的基礎(chǔ)上,改進并完成了軟件的編寫、調(diào)試及硬件系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。(8)搭建了FSPM電機驅(qū)動控制實驗平臺,對FSPM電機驅(qū)動控制系統(tǒng)進行了實驗驗證。根據(jù)仿真中設(shè)計的工程測試方法和算法,進行了一系列實驗驗證和結(jié)果分析。
【關(guān)鍵詞】：永磁電機 磁通切換 采樣控制系統(tǒng) 非線性控制 模糊 自適應(yīng) 數(shù)字控制 觀測器 數(shù)字濾波器 數(shù)字信號處理器
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM351;TP273
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 研究背景13
• 1.2 電動汽車驅(qū)動電機及其調(diào)速系統(tǒng)13-15
• 1.3 FSPM電機的轉(zhuǎn)矩控制方式15-18
• 1.3.1 電流矢量控制(current vector control,CVC)16-17
• 1.3.2 直接轉(zhuǎn)矩控制(direct torque control,DTC)17
• 1.3.3 無差拍直接轉(zhuǎn)矩磁鏈控制(dead-beat direct torque and flux control,DBDTFC)17-18
• 1.4 FSPM電機的轉(zhuǎn)速控制18-19
• 1.5 模糊自適應(yīng)控制19-20
• 1.6 論文研究內(nèi)容20-21
• 1.7 論文組織結(jié)構(gòu)21-23
• 第二章 FSPM電機數(shù)學(xué)模型和SVPWM調(diào)制原理23-33
• 2.1 FSPM電機工作原理23-24
• 2.2 FSPM電機數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.2.1 FSPM電機數(shù)學(xué)模型的簡化24-25
• 2.2.2 基于轉(zhuǎn)子磁場定向同步坐標系下的數(shù)學(xué)模型25-26
• 2.3 SVPWM調(diào)制原理26-31
• 2.3.1 常規(guī)SVPWM算法28-29
• 2.3.2 SVPWM算法的實現(xiàn)及其優(yōu)化29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)數(shù)字控制器設(shè)計33-55
• 3.1 三相逆變器控制建模34-36
• 3.2 同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流環(huán)等效模型36-48
• 3.2.1 逆變器負載為阻感性負載37-43
• 3.2.2 逆變器負載為FSPM電機模型43-47
• 3.2.3 電壓極限線性調(diào)制區(qū)域限幅47-48
• 3.3 電流環(huán)控制器設(shè)計48-50
• 3.4 轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計50-52
• 3.5 仿真結(jié)果及分析52-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第四章 基于模糊自適應(yīng)PID的轉(zhuǎn)速控制器55-71
• 4.1 模糊系統(tǒng)歷史55
• 4.2 模糊系統(tǒng)基礎(chǔ)55-57
• 4.2.1 模糊數(shù)學(xué)55-56
• 4.2.2 模糊系統(tǒng)56-57
• 4.3 基于AF-PID算法的轉(zhuǎn)速控制器57-69
• 4.3.1 Ⅰ型AF-PID算法58-65
• 4.3.2 Ⅱ型AF-PID算法65-69
• 4.4 本章小結(jié)69-71
• 第五章 數(shù)字轉(zhuǎn)矩觀測器設(shè)計71-79
• 5.1 基于轉(zhuǎn)子磁場定向的定子磁鏈觀測器71-73
• 5.2 基于轉(zhuǎn)子磁場定向的定子電流觀測器73-74
• 5.3 數(shù)字轉(zhuǎn)矩估計器74
• 5.4 仿真結(jié)果及其分析74-78
• 5.4.1 基于轉(zhuǎn)子磁場定向的定子磁鏈觀測器的仿真74-75
• 5.4.2 基于轉(zhuǎn)子磁場定向的定子電流觀測器75-77
• 5.4.3 數(shù)字轉(zhuǎn)矩觀測器77-78
• 5.5 本章小結(jié)78-79
• 第六章 基于直接自適應(yīng)模糊控制的轉(zhuǎn)速控制器79-95
• 6.1 直接自適應(yīng)模糊理論79-83
• 6.1.1 自適應(yīng)模糊的分類79
• 6.1.2 直接自適應(yīng)模糊的問題描述79-80
• 6.1.3 直接自適應(yīng)模糊控制器的設(shè)計80
• 6.1.4 自適應(yīng)律的設(shè)計80-83
• 6.2 基于直接自適應(yīng)模糊控制的轉(zhuǎn)速控制器83-87
• 6.2.1 直接自適應(yīng)模糊控制器的設(shè)計83-85
• 6.2.2 更新因子模糊控制器的設(shè)計85-86
• 6.2.3 速度控制器的設(shè)計86-87
• 6.3 仿真研究87-94
• 6.3.1 未采用副模糊在線調(diào)整更新因子(只利用主模糊作為控制器)88-91
• 6.3.2 采用副模糊在線更新調(diào)整因子91-94
• 6.4 本章小結(jié)94-95
• 第七章 硬件電路方案設(shè)計與測試95-117
• 7.1 硬件電路方案設(shè)計95-106
• 7.1.1 電壓采樣電路設(shè)計95-96
• 7.1.2 電流采樣電路設(shè)計96-102
• 7.1.3 過流保護電路設(shè)計102-104
• 7.1.4 位置信號處理電路設(shè)計104-105
• 7.1.5 電源方案設(shè)計105-106
• 7.1.6 驅(qū)動電路部分106
• 7.2 硬件電路測試106-114
• 7.2.1 主電源和參考電平部分107
• 7.2.2 位置信號調(diào)理電路107-108
• 7.2.3 電壓采樣調(diào)理電路(未加電壓傳感器)108-109
• 7.2.4 電流采樣調(diào)理電路(未帶電流傳感器測試)109-110
• 7.2.5 電流信號保護電路110-111
• 7.2.6 電流信號采樣調(diào)理電路(帶電流傳感器測試)111-112
• 7.2.7 電壓信號采樣調(diào)理(帶電壓傳感器測試)112-113
• 7.2.8 驅(qū)動電路113-114
• 7.3 功率電路114-115
• 7.4 本章小結(jié)115-117
• 第八章 軟件方案設(shè)計117-129
• 8.1 程序主框架117-127
• 8.1.1 數(shù)字濾波器設(shè)計119-121
• 8.1.2 轉(zhuǎn)子位置計算121
• 8.1.3 轉(zhuǎn)速計算及速度信號數(shù)字濾波器121-124
• 8.1.4 數(shù)字PID控制器設(shè)計124-125
• 8.1.5 模糊自適應(yīng)PID算法125-127
• 8.2 本章小結(jié)127-129
• 第九章 FSPM電機調(diào)速系統(tǒng)實驗驗證129-165
• 9.1 實驗平臺129-130
• 9.2 三相對稱阻感性負載測試130-139
• 9.2.1 SVPWM調(diào)制測試130-132
• 9.2.2 電流開環(huán)測試132-133
• 9.2.3 電流閉環(huán)測試133
• 9.2.4 IIR數(shù)字濾波器133-139
• 9.3 FSPM電機電流環(huán)測試139-147
• 9.3.1 內(nèi)外飽和鉗制并聯(lián)型PID數(shù)字控制器139-140
• 9.3.2 位置式內(nèi)外飽和鉗制并聯(lián)型PI140-143
• 9.3.3 前向歐拉法數(shù)字PI控制器143-147
• 9.4 FSPM電機調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)測試147-162
• 9.4.1 前向歐拉法PI148-150
• 9.4.2 模糊自適應(yīng)PID控制150-162
• 9.5 實驗中的問題與思考162-164
• 9.6 本章小結(jié)164-165
• 第十章 總結(jié)與展望165-169
• 10.1 全文總結(jié)165-166
• 10.2 課題展望166-169
• 致謝169-171
• 參考文獻171-177
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果177

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1 杜文吉;模糊控制系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵問題研究[D];西安電子科技大學(xué);1999年

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本文編號：790937