基于滑模变结构的无刷直流电机控制策略研究

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无刷直流电机在保持直流电机良好特性的同时又采用电子换相代替了传统的机械换相,具有结构简单、响应速度快、维护方便和性能稳定可靠等优点,因而被广泛应用于电动汽车、航空航天、医疗器械等领域。同时,在电子控制技术、电机永磁材料以及电子元器件的快速发展下,具有高调速性能的无刷直流电机控制系统成为了目前国内外研究的热点之一。但是由于无刷直流电机易产生转矩脉动和非线性系统的特性,一些经典常用的控制策略无法满足高性能的控制效果,限制了其在高精度控制场合的应用,迫切需求智能的先进控制策略。本文针对以上问题进行研究,主要完成以下内容:首先通过介绍无刷直流电机的工作原理以及工作特性,分析了电机的数学模型包括三相电压方程和电磁转矩方程,并分析了无刷直流电机的调速方法。其次简要介绍了模糊控制和滑模变结构控制,针对滑模变结构控制在无刷直流电机控制中抖振的缺点,将滑模变结构算法进行改进,提出了自适应模糊滑模控制的结合算法,并根据改进好的算法在无刷直流电机控制系统中设计自适应模糊滑模控制器。然后通过得到的自适应模糊滑模控制器在MATLAB/Simulink中搭建无刷直流电机控制系统仿真模型,并分别对普通滑模控制策略和自适应模糊滑模控制策略进行离线仿真分析,分析结果表明改进策略能够得到更佳的调速性能,提高了控制精度,稳定性,抗干扰性以及有效地抑制了转矩脉动的产生。最后介绍了 dSPACE实时仿真系统,基于前述的无刷直流电机控制系统进行半实物实时仿真验证,利用dSPACE硬件系统和软件系统完成实时仿真模型搭建并进行实时半实物仿真分析,实验结果表明改进的控制策略与理论分析一致,具有可行性和有效性。
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