基于滑模变结构控制的PMSM矢量控制的研究
喻林,刘彦呈,林安平,李广武
(大连海事大学轮机工程学院,大连 116026)
摘 要:结合PMSM的矢量控制技术,简要分析了SVPWM的算法,并介绍了MATLAB下建立其仿真模型的方法。讲述了滑模变结构控制的原理,提出了用于PMSM速度控制的滑模控制调节器,并给出了详细的设计方法。建立了系统的仿真模型,仿真结果表明,采用滑模变结构控制器使系统具有较快响应速度、较好的抗干扰能力和鲁棒性。
关键词:矢量控制;滑模变结构控制;电压空间矢量脉宽调制
中图分类号:TM57 文献标识码:B
1 引言
矢量控制的核心思想是将电机的三相电流、电压、磁链经坐标变换,变换到以转子磁链定向的两相参考坐标系,将定子电流分解成与磁链方向相同的励磁分量和与磁链方向垂直的转矩分量,维持定子电流的励磁分量不变,控制转矩分量。这样将交流电机模拟等效为直流电机,按照直流电机的控制规律进行控制,使系统具有较好的动态特性。其实质就是对定子电流空间矢量相位和幅值的控制。
传统的PMSM矢量控制系统采用PI调解器作为转速调节器,控制方案比较简单,容易实现,能使系统获得较好的稳态性。然而由于系统的模型难以建立和模型的不确定性、非线性,使得系统的快速性和抗干扰能力,以及对参数波动的鲁棒性都不够理想。本文将智能控制与传统的PI控制相结合,采用滑模变结构控制方法对控制系统速度环调节器进行了设计,并对电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)形成的原理进行了深入的分析,建立了仿真模型。通过MATLAB仿真表明滑模变结构的控制方案使得系统具有良好快速性、定位无超调、较强的鲁棒性和抗干扰能力等特点。
2 PMSM矢量控制系统
2.1 PMSM的数学模型
在不影响控制性能的前提下,忽略电机铁心的饱和,永磁材料的导磁率为零,不计涡流和磁滞损耗,三相绕组是对称、均匀的,绕组中的感应波形是正弦波。这样可以得到电机在三相定子坐标中的电流、电压、磁链和转矩方程,经坐标变换后,得到在转子(d-q)坐标系中的方程如下:
由图8可看出在t=0.01s时速度已稳定在给定速度500rad/s,速度上升较快。在t=0.03s时,转矩得增加引起的速度扰动很小,表明系统具有很强的鲁棒性。
图9为控制系统采用PI调节器作为速度调节器和采用滑模变结构控制调节器的对比图。
图中虚线和实线分别表示的是使用PI调节器时和采用滑模变结构调节器时的速度响应曲线。从图中看出使用PI调节器速度到0.015s时趋于稳定,而使用滑模变结构的调节器约在0.007s时就达到稳定速度,在0.02s时负载转矩由5N•m变为10N•m,可以看出实线表示的速度曲线受负载变化扰动更小。
5 结论
本文简要讲述了SVPWM算法,并讨论了滑模控制的原理,构建了速度环采用滑模变结构控制的SVP-WM矢量控制系统,仿真表明该系统具有良好快速性、较强的鲁棒性和抗干扰能力等优点,有较好的调速性能。
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