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摘要本文在研究永磁同步电机相关知识的基础上，对变载荷下永磁同步电机的自适应控制系统的设计进行探究，基于 PID 控制、模糊控制、神经网络等控制算法提出了永磁同步电机变载荷下自适应的控制算法，能够根据环境自适应产生电机控制的参数目标，然后控制电机参数达到目标值。文章指出了系统设计的关键参数——转矩，并研究了控制永磁同步电机转矩的直接转矩控制理论，对电机的转矩控制进行了探究，编写了永磁同步电机转矩控制程序，达到对控制转矩的目的，完成了对变载荷下永磁同步电机控制系统设计的要求。 42405
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毕业论文关键词 永磁同步电机 PID 自适应 模糊控制 直接转矩控制
Title PMSM adaptive control systems design under varying load environment
Abstract Based on the study of permanent magnet synchronous motors (PMSM), this paper explores the design of PMSM’s adaptive control system under varying load. Based on the PID control algorithm, fuzzy control algorithm, neural network control algorithm , this paper provides a adaptive control mothed of the design for permanent magnet synchronous motor under varying load environment so that the motor can generate the target adaptively according to the environment, and then the motors are controlled to get the target. The key design parameter of the system, torque is identified and the direct torque control of permanent magnet synchronous motor is studied to control the key design parameter, torque. Finally, the study prepares a permanent magnet synchronous motor torque control procedures to achieve the purpose of controlling the torque, has completed the requirements of permanent magnet synchronous motor control system design under varying load environment.
Keywords PWSM PID adaptive control fuzzy control algorithm direct torque control
目次
1引言.1
2永磁同步电机的控制策略.2
2.1永磁同步电机一般控制策略2
2.2永磁同步电机自适应系统控制关键参数3
2.3永磁同步电机自适应控制难点及其对策3
3永磁同步电机的自适应控制策略.5
3.1模糊控制5
3.2神经网络6
3.3遗传算法7
3.4模糊算法自适应控制8
4永磁同步电机的转矩控制策略.12
4.1永磁同步电机不同坐标系之间的关系12
4.2永磁同步电机不同坐标系下的数学模型14
4.3永磁同步电机直接转矩技术15
5永磁同步电机直接转矩技术控制程序的实现.21
5.1永磁同步电机直接转矩技术控制芯片及程序语言的选择21
5.2永磁同步电机直接转矩技术控制过程梳理21
5.3永磁同步电机直接转矩技术控制程序具体模块的编写23
6硬件实验平台设计.33
7转矩控制实验.35
结论.37
总结.37
展望.37
致谢.39
参考文献.40
附录A顶层模块程序代码41
附录B除法调用模块程序代码54
1 引言 电机作为工业发展的重要动力源，电机的输出性能好坏直接影响一个国家工业水平，国防力量。电机性能好坏很大程度上取决于电机控制系统的好坏。永磁同步电机由于其转矩、质量比高，转矩、转动惯量比高和转子损耗小的优良特性，使得其在高精度，高可靠度的航空航天，船舶，机器人，无人机等领域运用越来越广泛[1]，所面对的载荷情况也越来越多变。能够设计出优良的永磁同步电机自适应控制系统，让永磁同步电机在面对变载荷情况下，维持一个较好的电机运行状态的课题就有了比较广泛的意义。 要使得变载荷下永磁同步电机还能维持一个较好稳定状态，本文认为控制系统至少可以分为两个步骤：其一是感知自适应，这个步骤主要工作是感知外界环境负载变化，由这些环境变化自适应产生需要的参数目标，改变电机参数到目标值使得电机适应变化的环境负载；其二是电机控制，这一步骤在前一步骤获得电机的目标参数后，然后采取电机控制策略，控制电机的参数，达到控制目标。 变载荷情况下的永磁同步电机的自适应控制系统的研究中，国内外的学者在第一步的理论研究、仿真和改进上做了大量工作。出现了很多现代控制理论来控制永磁同步电机，包括模糊控制，神经网络，遗传算法等。从总体上给讲，这些算法是基于电机的变载荷环境下的环境参数输入量，通过各自算法的计算和选择，得出输出量并能够自动识别优化或者人为选择优化后能够使得电机自适应变载荷环境的方法。前人在大量的仿真模拟的基础上，将多种理论与以上算法结合，这些理论在算法上也越来越完善。本文的研究也是基于前人的理论基础来完成电机的自适应功能。在第二步的研究中，国内外学者方法繁多，从总的趋势上说，高精度的永磁同步电机控制系统越来越多的采用了变频调速的控制方案，在永磁同步电机的变频调速方案中，又有矢量控制方案和直接转矩控制两种控制方案。其中矢量控制方案起源较早，经过几十年的发展，也越来越成熟，在电机控制领域有着不可替代的作用。永磁同步电机的直接转矩控制方案最近十多年才慢慢发展起来，直接转矩技术一诞生，其直接控制转矩的特性就引起电机控制领域的重视。这两种技术各有优缺点，这样使得我们在设计变载荷环境下永磁同步电机的自适应控制系统时，电机控制方案就有了选择性。鉴于国内外学者已经做了大量理论和仿真工作，本文在研究电机控制方法时，重点在于将电机控制方法用于实践，用实验的方法验证电机控制系统的可行性。