基于滑模变结构的开关磁阻电机变磁链DB-FC伺服控制系统研究

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开关磁阻电机凭借其造价便宜、可靠性强、操作灵活等诸多优点,逐渐在精准调速及环境恶劣的调速场合崭露头角。但同时,由于其电机建模困难、控制策略适应性不好、输出脉动大、系统噪声大等问题,也使得其应用范围受限。对于高精度的伺服控制而言,降低控制系统的转矩脉动以及提高控制策略的鲁棒性都是当前的重点研究项目。由于直接转矩控制对于开关磁阻电机磁链模型的依赖程度小且能够有效抑制转矩脉动,本文从电机的运行原理以及数学模型出发,在传统开关磁阻电机直接转矩控制的基础上,建立了开关磁阻电机高精度伺服控制系统,最后以MATLAB/Simulink作为仿真环境对改进控制系统进行测试与结果分析。本文结合伺服控制系统高精度、低脉动、强鲁棒的特点,在传统直接转矩控制算法的基础上,从两方面改进系统性能:针对传统直接转矩控制系统中转矩脉动大、功率变换器电流大等问题,引入了磁链无差拍控制,提出了一种基于磁链无差拍理论的变磁链直接转矩控制策略,该策略结合电机磁链特性数据,针对不同的运行阶段给出了不同的磁链给定值以及磁链变化角选取方式。此外,本文还将空间电压矢量圆与转子位置角相结合,重新划分扇区空间,对电机起动算法进行优化设计。针对电机建模误差大,以及传统PD位置控制器抗扰能力差、动静态性能不理想等问题,引入了滑模位置控制器,并结合伺服系统运行特点重新设计滑动模态,对传统指数趋近律作出改进。为进一步提高伺服系统的精度以及抗扰能力,构建了负载观测器,将预估的扰动和负载值补偿至位置控制器输出,实现改进滑模位置控制器的设计。本文以上述两项改进为基础,提出将滑模位置控制器与磁链无差拍理论相结合的控制思想,建立了一个基于改进趋近律滑模变结构的变磁链直接转矩控制系统。仿真结果表明,改进系统能够大幅降低电机电流,改善电机效率低、铜耗大等问题,有着更好的动、静态性能以及更强的鲁棒性。
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