基于Super-Twisting滑模的永磁同步电机直接转矩控制的研究

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本文对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的结构进行了介绍,然后将面装式PMSM作为控制对象在各个坐标系下进行了数学模型分析,并在MATLAB/Simulink平台下搭建了永磁同步电机的仿真模型。介绍了直接转矩控制(direct torque control,DTC)思想的原理,并对永磁同步电机的实现进行了说明,为后文算法的结合打下理论基础。对空间矢量脉宽调制(Space vector pulse width modulation,SVPWM)技术的原理以及其实现方式进行了详细的介绍说明,然后以直接转矩控制为基础,将SVPWM结合到PMSM直接转矩控制中,形成SVPWM-DTC系统并在MATLAB/Simulink平台下搭建了永磁同步电机的SVPWM-DTC系统的仿真模型。通过仿真实验验证了SVPWM-DTC系统的正确性,同时发现了本系统鲁棒性差的缺陷。对于永磁同步电机的SVPWM-DTC系统的缺陷,提出了一种二阶滑模控制算法——Super-Twisting滑模(Super-Twisting sliding mode,STSM)控制算法,对STSM算法进行了介绍,并以此设计了电磁转矩控制器和定子磁链控制器。将这两个控制器应用到永磁同步电机的SVPWM-DTC系统中,形成STSM-DTC系统并在MATLAB/Simulink平台下搭建了永磁同步电机的STSM-DTC系统的仿真模型。通过仿真实验验证了STSM-DTC系统的正确性,同时与SVPWMDTC系统的仿真结果进行对比分析,证明了对系统改进的有效性。
摘要第4-5页
Abstract第5页
1 绪论第9-16页
    1.1 永磁同步电机的研究意义及永磁材料的发展概况第9-11页
    1.2 永磁同步电机调速控制方法及电力电子技术的发展第11-14页
    1.3 本文的主要研究内容第14-16页
2 永磁同步电机的结构与数学模型第16-26页
    2.1 永磁同步电机的转子结构和特性第16-18页
    2.2 面装式永磁同步电机的数学模型第18-24页
        2.2.1 坐标变换第19-21页
        2.2.2 不同坐标系下的数学模型第21-24页
    2.3 永磁同步电机仿真模型的建立第24-25页
    2.4 本章小结第25-26页
3 永磁同步电机的直接转矩控制原理第26-34页
    3.1 电磁转矩的生成第26-27页
    3.2 电磁转矩控制的原理第27-29页
    3.3 永磁同步电机直接转矩控制系统的实现第29-33页
        3.3.1 定子磁链和电磁转矩的估算第30-31页
        3.3.2 定子磁链与电磁转矩的滞环控制第31页
        3.3.3 开关表的选择第31-33页
    3.4 本章小结第33-34页
4 基于空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制第34-50页
    4.1 三相电压型全桥PWM逆变器第34-36页
    4.2 SVPWM的原理第36-41页
        4.2.1 参考空间电压矢量的生成第37-38页
        4.2.2 参考空间电压矢量所在扇区的确定第38-39页
        4.2.3 基本空间电压矢量作用时间的计算第39-40页
        4.2.4 逆变器开关作用时间的计算第40-41页
    4.3 PMSM基于SVPWM的直接转矩控制系统仿真第41-47页
    4.4 仿真结果第47-49页
    4.5 本章小结第49-50页
5 基于Super-Twisting滑膜控制的永磁同步电机SVPWM直接转矩控制第50-59页
    5.1 高阶滑模控制理论的简介第50-51页
    5.2 永磁同步电机的STSM-DTC系统第51-54页
    5.3 PMSM基于STSM的直接转矩控制系统仿真第54-57页
    5.4 仿真结果对比分析第57-58页
    5.5 本章小结第58-59页
6 总结与展望第59-60页
    6.1 全文的总结第59页
    6.2 今后工作的展望第59-60页
参考文献第60-63页
个人简历、在学期间发表的学术论文第63-64页
致谢第64页
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