低速大转矩永磁同步电机速度控制策略研究

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1、感矣东Ａ蓉！ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第—所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１Ｗ５专；；．．＇‘．：：．Ｉ’／‘．，＊饰＇ｆ．．．溝博±学位论文一；兰互鸟＾级学科电机与电器学科专业：作者姓名；雙胃ＩＭｉ指导教师：呈ＩＩ？ｍｍ天津大学研究生院２０１５年５月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研巧成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得天津大学或其他教育

2、机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。＂学位论文作者签名：签字曰期：三口／＿５年户月曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅。同意学校．向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名；化４與导师签名：《若准’■

3、签字曰期：之口ｏ曰ｗ年户月签字曰期：义年曰月〇：ｒ：Ｊｊ：？低速大转矩低速大转矩永磁同步电机低速大转矩永磁同步电机速度速度控制速度控制控制策略控制策略策略研究策略研究ResearchonSpeedControlStrategyofLowSpeedHighTorquePermanentMagnetSynchronousMotor一级学科：电气工程学科专业：电机与电器研究生：纪秉男指导教师：夏长亮天津大学电气与自动化工程学院二零一五年五月摘摘摘要要要相对于采用电机-减速机结构的电气传动系统，永磁同步电机直驱传动系统具有运行效率高、控制性能好、动态响

4、应快等优点，是电梯、高精度数控机床、精密测试转台等低速伺服场合的重要传动类型，在推动电机系统节能和高端装备制造的国产化、自主化进程中起着重要作用。本文旨在提升低速大转矩永磁同步电机的速度控制性能，开展了速度波动抑制算法、新型速度控制策略、速度检测算法等研究。针对低速大转矩永磁同步电机系统中磁链谐波、电流采样误差等非理想因素引起的速度波动问题，本文建立了速度波动的数学模型，从控制系统的角度分析了各类非理想因素的作用机理。在此基础上，本文提出了比例-积分-谐振形式的电流环和速度环主协控制策略，得到了谐振控制参数的设计方法。理论分析和实验结果表明，电流环主

5、协控制机制可有效抑制反电势谐波和死区效应引起的速度波动，并提升电流环跟随性；速度环控制机制能降低齿槽转矩和电流采样误差引起的速度波动，并抵消时变磁链对速度的不利影响。针对传统速度控制策略无法兼顾跟随性和抗扰性、以及难以实现速度无超调运行等问题，本文提出了采用参考指令前馈二自由度PI控制器的速度无超调控制策略和采用主动阻尼二自由度PI控制器的速度无超调控制策略，并分别给出了以上两种控制策略的参数整定方法。理论分析和实验结果表明，本文提出的两种控制策略均可以兼顾速度环的跟随性能和抗扰性能，而且可以将输入-输出传递函数整定为一阶惯性环节，进而实现电机系统动

6、态调节过程中的无超调速度控制。对于低速大转矩永磁同步电机系统，速度检测误差和时延对系统的运行性能有重要影响，针对现有变M/T测速法的检测准确性与快速性相互制约问题，本文提出了一种基于重叠测速区间的测速算法，并给出了测速区间的最优设计准则。考虑到重叠测速区间算法无法完全消除测速延时，进一步提出了自适应卡尔曼速度观测算法，得到了参数矩阵的优化设计原则。仿真和实验研究表明，两种测速方法均可有效减少检测延迟、提高测速精度。关键词关键词：关键词：：：低速大转矩，永磁同步电机，速度波动抑制，二自由度比例积分控制，速度检测AbstractComparedwithe

7、lectricdrivesystemsadoptingmotor-reductorstructure,permanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)directdrivesystempossessesadvantagesinoperationefficiency,controlprecisionanddynamicperformance.Ithasbecomethemainstreamonlowspeedserveoccasionssuchaselevator,highprecisionnumericalcontrolma

8、chinesandtestturntables,andisplayinganimportantroleint