【摘 要】
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永磁同步电动机(PMSMs)具有体积小、功率密度高、简单可靠等特点,在各个领域得到了广泛应用。但同时PMSMs也是一个多变量、强耦合和易受外部负载扰动影响的被控对象,因此如何克服上述问题从而更好地控制PMSMs具有重要意义。在实际运行过程中,PMSMs会不可避免产生大量铁损,从而使PMSMs温度升高甚至产生永久退磁现象。因此对PMSMs进行控制时,铁损带来的影响不容忽视。本文针对考虑铁损的PMSM
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永磁同步电动机(PMSMs)具有体积小、功率密度高、简单可靠等特点,在各个领域得到了广泛应用。但同时PMSMs也是一个多变量、强耦合和易受外部负载扰动影响的被控对象,因此如何克服上述问题从而更好地控制PMSMs具有重要意义。在实际运行过程中,PMSMs会不可避免产生大量铁损,从而使PMSMs温度升高甚至产生永久退磁现象。因此对PMSMs进行控制时,铁损带来的影响不容忽视。本文针对考虑铁损的PMSMs,结合反步法、模糊逻辑系统、有限时间控制技术以及指令滤波控制技术,分别提出了考虑输入电压饱和的有限时间指令滤波控制策略和基于观测器技术的有限时间指令滤波控制策略。论文的主要研究成果如下:1.针对一类严格反馈非线性系统,研究了有限时间指令滤波控制策略。首先将模糊逻辑系统融入到控制器的设计过程,成功处理了系统中的未知非线性函数;其次利用指令滤波技术解决了“计算复杂性”问题,同时设计误差补偿环节来补偿滤波误差;最后引进了有限时间控制技术,确保了系统能够拥有更快的收敛速度和更好的跟踪效果。2.针对考虑铁损的PMSMs中存在的输入电压饱和问题,设计了有限时间指令滤波反步控制器。首先利用指令滤波技术,通过指令滤波器来逼近虚拟控制函数,避免了繁琐的求导过程从而减轻了计算负担;运用误差补偿技术降低了滤波误差带来的不利影响;同时引入有限时间控制技术,使系统能够实现有限时间跟踪控制。此外考虑了输入电压饱和问题所带来的影响,使所提出的控制策略更具实用价值。最后分析了系统的稳定性,并通过MATLAB进行了仿真对比。仿真结果表明所设计的方法可以克服输入电压饱和问题所带来的影响,并可以实现更好的控制效果。3.针对考虑铁损的无速度传感器的PMSMs系统,提出了基于观测器技术的有限时间指令滤波控制策略。首先使用降维观测器来对PMSMs的转子角位置和角速度进行估计。同时将有限时间控制技术和指令滤波技术相结合,改善了跟踪信号的渐近收敛性并保证系统在有限时间内收敛到平衡点,同时减轻了计算负担。此外,为了减少滤波器误差所带来的影响,引入了误差补偿技术。最后仿真结果表明了所设计的降维观测器可以实现对转子角速度的估计,同时相比指令滤波控制方法本文所提出的控制策略具有更好的控制效果。本文针对考虑铁损的PMSMs系统,以反步法为基础并结合了有限时间控制技术、指令滤波控制技术、模糊逻辑系统以及观测器技术构建控制器对其进行控制。本文所构建的控制器不仅解决了“计算复杂性”问题并提高了系统的响应速度及收敛速度,同时还考虑了铁损和输入电压饱和问题所带来的影响,更易于实际工程应用。
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