基于滑模变结构控制的PMSM控制策略研究

Bertha 。 2024-02-19 08:31 6阅读 0赞

目 录  
摘 要 I  
ABSTRACT II  
第1章 绪论 1  
1.1 研究背景及意义 1  
1.2 国内外研究现状 2  
1.3 本文研究内容及结构 4  
第2章 永磁同步电机控制系统 5  
2.1 PMSM的基本结构 5  
2.2 PMSM的数学建模 6  
2.2.1 基于三相自然坐标系的PMSM模型建立 6  
2.2.2 基于两相静止坐标系的PMSM模型建立 9  
2.2.3 基于同步旋转坐标系的PMSM模型建立 10  
2.3 矢量控制技术 12  
2.4 电压型逆变器脉冲宽度调制研究与分析 12  
2.4.1 SVPWM的理论基础 12  
2.4.1 SVPWM的实现方法 14  
2.5 本章小结 17  
第3章 传统滑模控制器设计与研究 18  
3.1 滑模变结构控制理论 18  
3.1.1 滑动模态基本原理 18  
3.1.2 滑模变结构控制的定义 20  
3.1.3 滑模控制的趋近运动优化方法 20  
3.2 滑模控制的抖振问题 21  
3.3 传统滑模控制器设计 22  
3.4 传统滑模控制器仿真实验与分析 24  
3.5 本章小结 26  
第4章 极限学习机积分终端滑模控制器设计与研究 27  
4.1 终端滑模切换面函数设计 27  
4.2 极限学习机的基础理论 28  
4.3 极限学习机积分终端滑模控制器设计 30  
4.4 极限学习机积分终端滑模控制器仿真实验与分析 33  
4.5 本章小结 35  
第5章 极限学习机自适应积分终端滑模控制器设计与研究 36  
5.1 基于壁垒函数的自适应律设计 36  
5.2 极限学习机自适应积分终端滑模控制器设计 38  
5.3 极限学习机自适应积分终端滑模控制器仿真实验与分析 44  
5.4 本章小结 45  
第6章 永磁同步电机系统实验验证与结果分析 46  
6.1 永磁同步电机平台总实现方案 46  
6.2 系统硬件平台介绍 48  
6.3 系统软件平台介绍 49  
6.4 系统实验结果分析 51  
6.5 本章小结 56  
第7章 工作总结与展望 57  
7.1 工作总结 57  
7.2 研究展望 58  
致 谢 59  
参考文献 60  
附 录 66  
1.3 本文研究内容及结构  
本文以PMSM系统为受控对象，分析其运转时的工作原理以及数学建模的推导过程。以拉普拉斯变换简化后的数学模型为研究基础，以滑模变结构控制算法研究为主要目的，聚焦神经网络算法、自适应算法、边界预设算法的优点对滑模控制器进行改良，获取优化后的滑模控制策略，并在MATLAB软件和PSIM软件上建模仿真，最后模拟现实环境在真实系统上进行实操验证，分析比对本文改良后的新型滑模控制器对PMSM系统在稳态和动态上的响应性能。  
全文共包含七个章节，主要内容如下：  
第一章详细介绍了PMSM的发展进程和主要控制方式，并论述了近年来各学者对PMSM驱动控制的研究成果，阐明本文所选课题的研究意义。  
第二章基于PMSM内部结构以及运转原理，根据其内部等效电路搭建三相自然坐标系下的数学模型，并进行Clark变换和Park变换，得到本文使用的基于同步旋转坐标系下的运动数学模型。最后阐述了矢量控制方法以及电压型空间矢量脉冲宽度调制过程，为后文的研究做好铺垫。  
第三章介绍了传统滑模控制器的设计过程。首先详细阐述了滑模变结构控制的动态原理，引出滑模控制领域要面对的抖振难题以及如今一些常见的解决方法。然后设计了传统滑模变结构控制器，并利用李亚普诺夫稳定性理论证明控制器的可控性。最后通过MATLAB仿真验证控制器的控制效果，分析传统滑模控制策略所存在的问题，针对这些问题展开后续的策略研究。  
第四章设计了极限学习机积分终端滑模控制器。首先针对传统滑模的不可有限时间收敛问题将传统滑模面改进为积分终端滑模面，详细介绍了积分终端滑模面的理论基础。其次针对开关函数引发的切换增益过大问题，引入极限学习机扰动观测器，并详细说明了神经网络的有效训练过程。最后得到极限学习机积分终端滑模控制器，并采取李亚普诺夫稳定性理论对其进行了可控性验证。通过MATLAB平台进行仿真验证，展现控制器的控制精度。  
第五章基于第四章的设计成果，引入了基于壁垒函数的自适应控制作为控制器的优化手段。首先设计了一个新型自适应律，并采用两段式分时容错控制方法，设计了新型极限学习机自适应积分终端滑模观测器，并通过分段的形式设计两个李亚普诺夫函数，以对每个运动阶段的可控性进行理论验证。最后结合仿真结果验证优化手段的有效性。  
第六章给出了全文设计的所有控制器的实物验证结果。首先介绍了PMSM系统总体实验方案以及流程，说明了所选的软件平台和硬件平台对本文实操验证的适用性。然后模拟了三种实验场景对全文设计的三种控制器进行控制比对，并以PID控制作为实验对照方。最后对三组实验数据进行整合，分析比对实验结果，验证了本文设计的新型控制器在动态和稳态响应上都获得了突破性提升。  
第七章做了全文总结，并提出后续期望的研究展望。  
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