天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕业设计专业：自动化班级学号：自0902-11学生姓名：林建平指导教师：韩春晓教授二〇壹叁年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计滑模控制永磁同步电动机调速系统Sliding Mode Control for PMSM Drive System专业班级：自0902学生姓名：林建平指导教师：韩春晓教授学院：自动化学院2013年6月摘要对于转子直流励磁的同步电动机，若采用永磁体取代其转子直流绕组则相应的同步电动机就成为永磁同步电动机。
而永磁同步电动机具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机。
由于永磁同步电动机对内部振动很敏感，所以引入了滑模变结构控制控制策略（SMC）以提高系统的鲁棒性。
本文给出了一种变参数SMC方法，对SMC控制器进行设计并对其仿真和实验研究，该方案设计的SMC控制器表达式和PI控制一样简单，结果证明所设计的SMC控制器能有效的提高系统的鲁棒性和动态性。
关键词：PI控制；永磁同步电动机；SMC控制；鲁棒性ABSTRACTFor synchronous motor rotor DC excitation, synchronous motor with permanent magnet rotor if replaced the DC winding corresponding becomes the permanent magnet synchronous motor. The permanent magnet synchronous motor has the advantages of simple structure, small volume, light weight, low loss, high efficiency, high power factor, advantages, mainly for fast response, wide speed range, accurate positioning and high performance servo drive system and DC substitute motor. Permanent magnet synchronous motor is very sensitive to the vibration, so the sliding mode variable structure control strategy (SMC) to improve the robustness of the system. This paper presents a method of variable parameters SMC, SMC controller is designed and the simulation and experimental study on SMC expression and PI controller, control the design as simple, results show that the designed SMC controller can improve system robustness and dynamic performance effectively.Key Words：PI control, Permanent magnet synchronous ,Sliding mode control, Robustness目录1 引言 (1)1.1永磁同步电动机的发展概况和发展前景 (1)1.2永磁同步电机控制系统的发展历程 (1)1.3滑模控制永磁同步电动机的概述 (2)2永磁同步电动机的数学模型和工作原理 (4)2.1永磁同步电动机稳态方程 (4)2.2永磁同步电动机的双反应理论 (5)2.3永磁同步电动机的等效电路 (6)2.4永磁同步电动机的损耗和效率 (7)2.5永磁同步电动机的数学模型 (8)3控制器的设计 (11)3.1滑模变结构控制的基本定义 (11)3.2滑模变结构控制系统的原理和设计方法 (12)3.3滑模变结构控制的特点 (13)3.4 SMC控制器的设计 (14)3.5稳定性分析 (15)3.6 SMC控制器与PI控制器的比较 (16)4仿真和实验研究 (18)结论 (21)参考文献 (22)致谢 (24)1 引言1.1永磁同步电动机的发展概况和发展前景近年来，随着电力电子技术的新型电机控制理论和稀土永磁材料，永磁同步电机的快速普及和应用的快速发展。
与传统的电励磁同步电动机相比，永磁同步电机，特别是稀土永磁同步电机损耗少，效率高，节能效果明显。
用永久磁铁激磁的永磁同步电机的，电机的结构比较简单，降低加工和装配的成本，并且消除了需要容易出错的集电环和电刷的电动机的操作，提高了可靠性，因为需要电流的励磁损耗，提高电机的效率和功率密度，所以它是在最近几年的研究，越来越被广泛应用在各个领域的电动机。
在能源节约和环境保护日益受到重视，他们的研究是非常必要的。
所述交流电动机的速度控制系统的数学模型是一个高层次，多变量，非线性，强耦合系统的主要组成部分的一个，通过一系列的假设和坐标变换，我们得到一个相对简单的数学模型，交流变频调速系统数学模型，但模型不能准确反映速度控制系统的暂态过程，使传统的线性调节规律的交流驱动系统有一定的局限性。
大多数传统的永磁同步电机控制器采用PI调节器，PI控制算法是简单的，能够在一定范围内，以满足控制要求，但需要精确的数学模型。
外部干扰和内部扰动的不确定性在实际应用中，传统的PI控制器难以满足高性能控制的要求，它是难以得到满意与州长性能的定位，系统的鲁棒性不理想。
现代控制理论的发展，永磁同步电机的高性能控制器实现提供了可能性，但该控制方法的复杂性限制了它的广泛应用。
1.2永磁同步电机控制系统的发展历程永磁同步电机控制技术的不断发展，控制技术应用的逐渐成熟，如SVPWM SVM-DTC，DTC，MRAS方法在实践中应用。
然而，在实际应用中，各种控制策略存在一些缺点，如低速特性是不理想的，过度依赖电机参数，等等，因此，研究存在的问题，在控制策略有很大的意义。
在1971年，德国学者交流电机矢量控制的新思路，新理论和新技术，它出现交流电机控制技术，具有非常重要的意义。
因为向量变换的AC构成一个面向外地的闭环控制系统，与直流系统的控制性能。
然后，电力电子技术，微电子技术，计算机技术和永磁材料科学，矢量控制技术，快速的应用程序开发和推广。
机电能量转换，电机统一理论的发展空间矢量矢量控制理论的基础上，首次应用三相异步电动机，并很快扩展到三相永磁同步电动机。
由于三相感应电动机正在运行时，热量将导致在转子的转子参数的变化，同时观察在转子的转子磁场的依赖关系中的参数，从而使磁场的转子，使控制的实际效果是很难实现的理论结果的分析，这是矢量控制方法的不足之处，是难以精确地观察到。
永磁同步电机转子的永久磁铁固定的参数，被广泛应用于永磁同步电机矢量控制的低功耗和高精度的场合。
随后，在1985年，由德国鲁尔大学教授首次提出了直接转矩控制理论，然后扩展到磁电式转速范围。
相比，矢量控制技术，矢量控制三相异步电机直接转矩控制特性易受电机参数变化的影响，在很大程度上解决这个问题。
直接转矩控制的诞生，一个新的控制自己的思想，简明的系统结构，优良的静态和动态性能的普遍关注，并得到了快速发展。
成功的技术，大功率交流传动电力机车牵引。
德国，日本，美国都在争先恐后地开发这项新技术。
20世纪90年代，随着微电子技术和计算机控制技术的发展，高速，高集成度，低成本的微处理器被释放和商业化，全数字式交流伺服系统。
计算机控制使电机的转速性能已大大提高，可以实现复杂的矢量控制和直接转矩控制，大大简化了硬件，降低成本，并提高了控制精度，但也有保护显示，故障监测，自诊断，自我调试和自复位功能。
此外，改变控制策略，这一修正案，容易控制参数和模型，从而大大提高了系统的灵活性，可靠性和实用性。
近年来，国家的最先进的数控交流伺服系统，有几家公司已经推出了专门用于电机控制芯片。
可以快速完成系统的速度环，电流环和位置环精度快速调整和复杂的矢量控制，以确保算法，用于电机控制，矢量控制，直接转矩控制，神经网络控制高速，高精度完成。
非线性解耦控制，人工神经网络自适应控制，模型参考自适应控制，观察控制和状态观测器，线性二次积分控制和模糊智能控制等新的控制策略不断涌现，更广阔的前景。
因此，高性能的数字信号处理器，数字式交流永磁伺服智能控制系统，交流伺服系统是一个重要的发展方向。
1.3模控制永磁同步电动机的概述滑模变结构控制在20世纪50年代，前苏联学者Utkin和Emelyanov变结构控制的概念，研究对象：二阶线性系统。
在20世纪60年代，研究对象：高阶线性单输入单输出系统。
专注于高阶非线性系统线性切换功能限制和不受限制的二次开关功能的控制下。
1977年：发表评论Utkin纸变结构控制，变结构控制系统VSC和滑模控制SMC。
从那时起，来自不同国家的学者开始研究多维滑模变结构控制系统的规范空间扩展到更普遍的状态空间。
中国学者首次提出了高兵元氏达到法律的概念，首次提出的概念分层的自由。
滑模控制系统的参数摄动和外部干扰的不变性量来控制高频抖的价格。
近年来，研究人员尝试SMC应用于各类电机位置伺服系统，研究表明，它可以有效地提高随时间变化的非线性摩擦和负载，从而提高系统的鲁棒性，一些学者已经开始探索永磁同步电机SMC技术，调速系统为永磁同步电机位置传感器速度控制系统，提高精度的速度观察员。
SMC永磁同步电机直接转矩控制和相关的实验证明，SMC可以改善直接转矩控制电流磁通和转矩脉动。
ü罢工与S＆形式趋近律，接近自然法则，以满足的s＆<0的稳定性条件得到控制量u的接近法，以满足工程变更参数。
速度环和电流环矢量控制的永磁同步电机调速系统设计一个SMC调节，有研究表明，系统的鲁棒性和可塑性已大大提高，但由于时间常数的电气和机械系统时间不一致恒定电流环和速度环设计使调试参数的选择比较困难，不容易达到。
趋近律和内部模型控制施加到永磁同步电机的驱动系统，但只有仿真波形。
趋近律滑模永磁同步电机速度控制系统的有效性进行验证的模拟分析和实验研究。
从实用的角度来看，基于矢量控制的永磁同步电机调速控制系统的特点，SMC控制器设计的一个简单实现。