论文总字数：15132字

摘 要

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）广泛应用于各种高性能交流传动与伺服控制系统中，对于PMSM驱动系统的性能要求也变得越来越高，为了提高PMSM驱动系统的动态响应性能和抗干扰能力，本文研究PMSM的滑模变结构控制技术。

论文首先介绍了PMSM的结构与分类，之后给出了不同坐标系下的PMSM模型。在分析PMSM的矢量控制原理的基础上，研究了基于滑模变结构控制的PMSM控制方法，设计了一类指数趋近律，分析了滑模控制存在抖振现象。将空间矢量电压脉宽调制技术与滑模变结构控制理论相结合，有效地削弱了输出转矩的抖振，同时也减小转速的稳态误差。最后采用Matlab进行了控制仿真，仿真结果表明PMSM滑模控制系统具有良好的静动态特性。

关键词：永磁同步电机 矢量控制 滑模变结构控制

Abstract

In recent years, with the rapid development of electric vehicles and other related industries, the research and application of PMSM as an important driving component has become popular, and the requirements for PMSM drive control technology have become higher and higher, so it is urgent for motors and their control technology Need further development.

This paper first establishes a three-phase PMSM model. On the basis of learning the vector control principle of PMSM, in order to further improve the drive control performance of PMSM, the vector control method of PMSM based on sliding mode variable structure control is studied. Combining the space vector voltage pulse width modulation technique with the sliding mode variable structure control theory, the sliding mode variable structure controller is used instead of the speed controller, and the sliding mode speed controller contains integral terms, on the one hand, it can weaken the chattering phenomenon, and On the one hand, the steady-state error of the system can also be reduced. Finally, Matlab software is used to simulate the PMSM sliding mode speed controller. The simulation results verify that the designed sliding mode speed controller makes the PMSM drive system have good static and dynamic characteristics.

Key words: PMSM; sliding-mode variable structure control; vector control ;

目录

第一章 绪论 4

1.1课题研究背景及意义 4

1.2永磁同步电机的控制技术 4

1.3滑模变结构控制在PMSM控制的研究状况 5

1.4本文研究内容及章节安排 7

第二章 PMSM的矢量控制 8

2.1 PMSM的结构 8

2.2 坐标变换与PMSM数学模型 8

2.3 PMSM的矢量控制 11

2.4 本章小结 12

第三章 PMSM的滑模变结构控制 14

3.1滑动模态数学表达及其定义 14

3.2滑模变结构控制原理 14

3.2.1滑模变结构控制抖振分析 15

3.3滑模速度控制器的指数趋近律的设计 15

3.4 本章总结 17

第四章 PMSM滑模变结构控制系统仿真与分析 18

4.1 PMSM控制系统 18

4.2 电流环参数整定 19

4.3 控制系统仿真 20

3.1.1 PMSM系统模型各模块 21

4.3 仿真结果分析 24

4.4本章小结 26

第五章 总结与展望 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

据统计，电能一半以上用在电机，因此提高它的运行效率对节约能源和避免能源浪费具有积极的作用。永磁同步电动机比之前广泛使用的直流电机和电励磁同步电机具有更高的运行效率，并且PMSM已经得到广泛的研究和应用，取得了长足的进步。

上个世纪初出现了第一批永磁电机，并使用永磁体作励磁场。由于当时材料发展有限，导致永磁体的磁场密度低，电动机尺寸大，并且工业应用受到限制。材料技术的发展:稀土钴，钕铁硼等的出现,促进了PMSM的应用和发展。这种结构的电动机具有嵌入转子中的永磁体并产生恒定磁场与电动机定子的磁场相互作用产生转矩，从而驱动电动机。

由于该电动机结构的转子的永磁体结构，故没有电流和磁滞损耗，定子和转子继续同步旋转。PMSM运行效率高，瞬时转矩大，同时，PMSM没有电刷，减少了故障和维护次数，简化了结构，提高了系统可靠性。由于研究人员的不断努力，对于PMSM的制造能力正在逐步提高，PMSM的应用越来越广泛，已经扩展到工业，农业等领域，并且它们的也在逐步发展小型化和功率大的PMSM。

PMSM无法实现与交流异步电动机相同的自动启动，故在交流器的的技术和使用还不成熟前，交流异步电机的应用更加广泛。成熟的控制技术和硬件设备的改进正在逐步解决PMSM的启动和运行过程中的各种问题，并且PMSM变得越来越普遍。

PMSM的研究相对较早地在日本，美国和欧洲国家等发达国家进行，并且首先广泛用于电动汽车等领域。但是，由于中国对于PMSM的接触过晚，其制造，控制和应用仍存在缺陷。但是，近年来，随着电动汽车等相关产业的飞速发展，作为重要的驱动部件的PMSM的研究和应用变得普及，安全性和效率正在提高。

1.2永磁同步电机的控制技术

1. 恒压频比控制

该控制为无反馈控制。当系统从静态加速到设定速度时，电源电压与电源频率的比率是不变的。如果稳定运行，交流感应电动机的工频不会变化，气隙磁场会以设置的恒定同步速度旋转。根据负载大小，交流感应电动机的速度将自动更改，PMSM的磁通量恒定。

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