基于GPIO的永磁同步电机分数阶滑模复合控制

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永磁同步电机因其结构简单、噪声小、性价比高、转动惯量小等优点,在工业、发电、军事、交通等领域被广泛应用,而滑模变结构控制因其优秀的控制性能,在永磁同步电机控制领域大放异彩。但永磁同步电机是一个复杂的非线性系统,因此,研究新型滑模控制技术至关重要。分数阶滑模控制技术在继承滑模控制技术优点的同时,进一步提高了控制系统的性能,为永磁同步电机滑模控制系统提供了一个新的研究方向。本文结合分数阶滑模算法和广义比例积分观测器,探讨了永磁同步电机的控制系统设计。(1)首先,构建了永磁同步电机的数学模型,细致分析了矢量控制中坐标变换与SVPWM技术的原理与实现,并详细介绍了矢量控制理论。对转速环设计了一种分数阶滑模控制器,该控制器利用分数阶微积分对时间变化不敏感的特性,在增强系统鲁棒性和抗扰性的同时有效削弱系统抖振。在MATLAB软件中搭建永磁同步电机控制系统的Simulink仿真模型,结果表明本文所提分数阶滑模控制算法可行且有效。(2)接着,针对永磁同步电机运行中存在参数摄动和负载扰动的问题,设计了一种广义比例积分观测器。根据扩张状态观测器拓展到高阶的理论和永磁同步电机的具体模型,推导出适用于永磁同步电机的广义比例积分观测器。将该观测器与分数阶滑模控制器结合构成复合控制器,利用广义比例积分观测器估计系统集总扰动,并以设计的控制律将观测值转化为电流,通过前馈补偿的方式有效抑制扰动。在MATLAB中搭建复合控制器的Simulink仿真模型,结果表明本文所提复合控制器可行且有效。(3)最后,以TI公司TMS320F28379D芯片和DRV8305芯片为核心搭建永磁同步电机伺服实验平台。分别从软、硬件两方面介绍平台的设计,硬件部分包括控制电路和驱动电路的设计,软件部分包括调试模型、烧录模型和数据采集模型的设计。基于上述实验平台进行实验验证,对比不同算法的实验控制效果,分析结果表明该实验平台真实可靠,本文所提控制算法可行且有效。
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