論文題目：永磁同步電機(jī)模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制目錄TOC\o"1-3"\h\u18662摘要 ω*vdcθiβiαicibiaω*vdcθiβiαicibiaUβ*Uα*Ud*uq*iq-+Iq**-id+id*=0-+速度調(diào)節(jié)器PIPIPark逆變換Park變換Clark變換SVPWM三相逆變器位置速度傳感器PMSMω首先，通過位置速度傳感器來檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速及位置角信息，并將轉(zhuǎn)速信息和給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，偏差量經(jīng)過速度環(huán)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，輸出轉(zhuǎn)矩電流的參考值，而電流控制器接收到了勵(lì)磁電流的指令。由電流傳感器檢測到的三相定子電流、、，首先經(jīng)過Clark變換得到靜止坐標(biāo)系下的電流和，再經(jīng)過Park變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的定子電流和，最后再將它們分別與給定電流和作比較。將得到的偏差送到電流控制器后得到輸出電壓分量和，再經(jīng)過Park逆變換得到和，把電壓和作為電壓空間脈寬調(diào)制的輸入，產(chǎn)生六路PWM脈沖信號(hào)，并送到三相逆變器中，經(jīng)過逆變就得到控制定子三相對稱繞組的實(shí)際電流，這樣就實(shí)現(xiàn)了對永磁同步電的矢量控制。文獻(xiàn)[8]采用經(jīng)典控制理論作為分析方法，用根軌跡的方法對電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用伯德圖對所選取的參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。文獻(xiàn)[2]則對PMSM矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，可以看出如果采用傳統(tǒng)的PI控制，系統(tǒng)的電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速均有較大超調(diào)而且當(dāng)負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)時(shí)間較長，因此單純憑借PI控制很難滿足高精度系統(tǒng)的要求，必須尋求新的控制方法。第三章永磁同步電機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制器3.1滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理對一般的系統(tǒng)而言，滑模變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的形式為：其中：為狀態(tài)量，為控制量。假設(shè)在系統(tǒng)的狀態(tài)空間中，存在一個(gè)切換平面，通過這個(gè)切換面把空間分為上下兩個(gè)部分：和,空間中任意位置狀態(tài)點(diǎn)到滑模切換面的運(yùn)動(dòng)情況如圖所示。圖中C點(diǎn)稱為終止點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)點(diǎn)從切換面附近的兩側(cè)向這一點(diǎn)趨向，這種運(yùn)動(dòng)屬于“滑模運(yùn)動(dòng)”。確立控制函數(shù)：=3.1.2滑模變結(jié)構(gòu)的三要素（1）存在性當(dāng)滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)到切換面的時(shí)候：（2）可達(dá)性當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)初始點(diǎn)位于空間任意位置且不在切換面上時(shí)，初始點(diǎn)在控制函數(shù)或的作用下，向切換面作趨近運(yùn)動(dòng)，也稱全局到達(dá)，有。（3）穩(wěn)定性由于可達(dá)性，有，利用李雅普洛夫函數(shù)，定義為：對兩邊求導(dǎo)得到：由圖可知，切換面以外任意點(diǎn)A在滑?？蛇_(dá)性的條件下，向切換面的方向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到切換面附近最終到達(dá)平衡點(diǎn)。3.2滑?？刂频幕驹O(shè)計(jì)方法3.2.1滑模切換面的設(shè)計(jì)（1）常規(guī)滑模切換面式中：為系統(tǒng)狀態(tài)及各階導(dǎo)數(shù)。積分滑模切換面3.2.2控制律的設(shè)計(jì)（1）函數(shù)切換控制=當(dāng)函數(shù)為常數(shù)時(shí)，又稱之為常值切換控制。(2)等效切換控制其中：為等效控制，為切換控制趨近率控制其中：——滑模切換面；——純指數(shù)趨近項(xiàng)；——等速趨近項(xiàng)當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)向切換面附近運(yùn)動(dòng)時(shí)，純指數(shù)趨近項(xiàng)主導(dǎo)；當(dāng)狀態(tài)點(diǎn)到達(dá)滑動(dòng)模態(tài)在切換面上作穿越運(yùn)動(dòng)時(shí)，由等速趨近率起主要作用。系數(shù)和決定了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，必須合理調(diào)節(jié)這兩個(gè)系數(shù)以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。3.3抖振的產(chǎn)生原因及削弱的方法3.3.1產(chǎn)生抖振的原因原因主要有以下幾方面：（1）開關(guān)滯后的影響主要包括時(shí)間上和空間上的滯后；（2）系統(tǒng)切換控制時(shí)自身慣性的影響；（3）計(jì)算機(jī)采用離散化手段采樣的影響；（4）未建模部分的動(dòng)力學(xué)影響。3.3.2抖振的削弱方法準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)策略其基本原理是在“邊界層”內(nèi)外分別采用線性反饋的控制和切換控制。對于邊界層外的切換控制通常有以下兩種方式：1）采用飽和函數(shù)代替切換函數(shù),為邊界層的范圍，在（-,）區(qū)域內(nèi)外算法的不同就取代了傳統(tǒng)滑?？刂圃诘幕Ｃ嫔系那袚Q運(yùn)動(dòng)，起到削弱抖振的作用。采用繼電特性進(jìn)行連續(xù)化，采用連續(xù)函數(shù)代替切換函數(shù)。其中，為很小的正常數(shù)。趨近律策略通過選用合適的趨近律并調(diào)節(jié)它的參數(shù)，從而達(dá)到削弱抖振的目的是它的基本思想。復(fù)合控制策略可以將模糊控制等智能控制策略與滑?？刂葡嘟Y(jié)合形成復(fù)合控制。這樣既可以保留滑?？刂频膬?yōu)點(diǎn)也可以很好的解決滑模控制本身的抖振問題。3.4滑模控制器的設(shè)計(jì)PMSM在d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：取PMSM控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量為:其中，和是系統(tǒng)PMSM的速度誤差的狀態(tài)變量，是給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速，為實(shí)際轉(zhuǎn)速，對上式求導(dǎo)并代入d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型可得：這里選擇一階線性切換面，其中。對式子兩邊同時(shí)求導(dǎo):趨近律選取指數(shù)趨近律,并將其代入上式：將式代入可得：繼續(xù)求解可得控制器的輸出，其中，A=。對于指數(shù)趨近律，前面提到過當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)向原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，狀態(tài)點(diǎn)會(huì)在原點(diǎn)附近產(chǎn)生抖動(dòng)，而不是直接到達(dá)平衡點(diǎn)。這就使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)下降。因此文獻(xiàn)[2]提到了一種變指數(shù)趨近律。通過引入變量，當(dāng)狀態(tài)點(diǎn)從遠(yuǎn)離切換面的一端運(yùn)動(dòng)到切換面時(shí),由指數(shù)項(xiàng)和變速項(xiàng)共同起作用，這就使得狀態(tài)點(diǎn)以較快的速度趨向平衡點(diǎn)；當(dāng)狀態(tài)點(diǎn)接近切換面時(shí)，指數(shù)項(xiàng)就趨近于零了，此時(shí)僅由起決定作用。選定的狀態(tài)變量在系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定的過程中，且在有限的時(shí)間內(nèi)，使不斷向原點(diǎn)靠近，則項(xiàng)也不斷減小最終在原點(diǎn)穩(wěn)定。此時(shí)控制器的輸出為：為了削弱抖振文獻(xiàn)[2]運(yùn)用抖動(dòng)削弱方法中的準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)法，分別采用飽和函數(shù)和繼電特性連續(xù)函數(shù)代替符號(hào)函數(shù)的方法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì),文獻(xiàn)[3]也是采用飽和函數(shù)代替控制律中的符號(hào)函數(shù)，使得控制作用在邊界層以內(nèi)為連續(xù)的控制。第四章模糊控制4.1模糊控制特點(diǎn)模糊控制不依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，它是根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)來輸出結(jié)果，它通過結(jié)合現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)，就可以完成對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，因此可以采用模糊控制解決一些非線性系統(tǒng)的控制問題[6]。4.2模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)4.2.1模糊集合設(shè)為U到區(qū)間[0,1]里的一個(gè)映射，確定U的一個(gè)模糊子集為F，則稱f為F的一個(gè)隸屬函數(shù)，表示u隸屬于F的程度。我們以序偶集合的形式來表示F，記為。當(dāng)U連續(xù)，記為：當(dāng)U不連續(xù)，記為：4.2.2模糊運(yùn)算設(shè)模糊子集A、B的隸屬函數(shù)分別為、，對論域U中所有的元素都滿足以下關(guān)系式：的隸屬函數(shù)：；的隸屬函數(shù)：；的隸屬函數(shù):。4.2.3隸屬度函數(shù)的確定隸屬度函數(shù)的確定有很多方式，這雖然會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)一些差別，但只要我們選取的隸屬度函數(shù)能得到滿意的結(jié)果，我們就可以選擇這種隸屬度函數(shù)。4.3模糊滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)傳統(tǒng)的滑模控制器的輸出量分為等效控制量和切換控制量兩部分，切換控制量中符號(hào)函數(shù)前的系數(shù)決定著系統(tǒng)到達(dá)滑模面的速度和在滑動(dòng)階段抖振的強(qiáng)弱。前述改進(jìn)指數(shù)趨近律就是將恒定值變成可變值，這樣就可以降低滑模變結(jié)構(gòu)的抖動(dòng)問題。而指數(shù)趨近律的另一參數(shù)決定了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，因此對值引入模糊控制實(shí)現(xiàn)值的時(shí)變，以加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，提高控制品質(zhì)。輸入輸出量的模糊化設(shè)定s、k的基本論域分別為為和,二者的模糊子集分別為：切換函數(shù)s的子集：；切換增益k的子集：。其中為負(fù)大、為負(fù)中、為負(fù)小、為零、為正小、為正中、為正大。和的隸屬度函數(shù)如圖所示:（2）模糊規(guī)則根據(jù)控制經(jīng)驗(yàn)，制定以下模糊規(guī)則：（1）IFSISNB,THENKISPB；（2）IFSISNM,THENKISPM；（3）IFSISNS,THENKISPS；（4）IFSISZO,THENKISZO；（5）IFSISPS,THENKISNS；（6）IFSISPM,THENKISNM；（7）IFSISPB,THENKISNB；即k值與s的絕對值呈正比。（3）采用重心法進(jìn)行反模糊化重心法是求模糊量重心元素：建立基于改進(jìn)指數(shù)趨近律的模糊滑模控制器仿真模型如圖：第五章仿真研究與結(jié)果分析根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[2]將永磁同步電機(jī)模型參數(shù)設(shè)定為：,,，，。搭建出PMSM及其控制系統(tǒng)的仿真模型如圖：初始給定轉(zhuǎn)速為,0.1s后增加為。負(fù)載轉(zhuǎn)矩起初為，在0.2s時(shí)突加至。經(jīng)過仿真后，得到的仿真圖像如圖所示：當(dāng)采用模糊控制的滑?？刂破骱螅簭膱D中可以看出，永磁同步電機(jī)的三相定子電流的抖振現(xiàn)象在采用PI控制器時(shí)較為明顯，而在FSMC控制器下的啟動(dòng)電流則變化較為平穩(wěn)，沒有明顯的抖振現(xiàn)象。對于電機(jī)轉(zhuǎn)速，PI控制器的轉(zhuǎn)速響應(yīng)波動(dòng)幅度較大，有較為明顯抖振，而FSMC控制器的速度響應(yīng)則比較平緩；在突增負(fù)載時(shí)，PI控制器下抖振幅度大，而加入FSMC控制器后，在減弱系統(tǒng)抖振和超調(diào)方面，有一定作用。對于電磁轉(zhuǎn)矩，剛啟動(dòng)時(shí)PI控制的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波動(dòng)幅度較大，在突增負(fù)載時(shí)有較為明顯的抖振，而FSMC控制器下的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度變小，在突加負(fù)載時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)較快，且無明顯的抖振。總的來說當(dāng)采用FSMC控制器后，系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間加快、超調(diào)減小且能夠減小由于滑模控制自身的抖振問題，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)電機(jī)負(fù)載突變時(shí)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)過渡，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第六章總結(jié)與展望永磁同步電機(jī)（PMSM）以其具備體積小、效率高、運(yùn)行可靠等一系列優(yōu)勢，成為了交流伺服控制系統(tǒng)中使用最為普遍的電動(dòng)機(jī)[4]。隨著各種先進(jìn)技術(shù)和稀土永磁材料的更新?lián)Q代，永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用受到人們高度重視。本文首先建立了永磁同步電機(jī)矢量控制的數(shù)學(xué)模型，接著在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于指數(shù)趨近律的滑?？刂破鳎缓鬄榱讼魅趸？刂破鏖_關(guān)特性帶來的抖振問題，又在滑?？刂破鞯幕A(chǔ)上引入了模糊控制。最后進(jìn)行了仿真研究。在滑?？刂萍夹g(shù)的眾多方法中，主要解決的就是系統(tǒng)抖振問題，隨著現(xiàn)代理論的飛速發(fā)展，可以將滑模變結(jié)構(gòu)控制與其他理論結(jié)合實(shí)現(xiàn)復(fù)合控制，消除滑模抖振，從而使控制系統(tǒng)獲得更好的性能。我們應(yīng)當(dāng)注意這些控制方法之間的細(xì)微差別，具體問題具體分析。隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，我堅(jiān)信在廣大研究人員堅(jiān)持不懈努力和奮斗下，我國高性能的交流控制系統(tǒng)必將得到進(jìn)一步的發(fā)展，為我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1]陳芬，王敏.基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究綜述[J].電氣自動(dòng)化,2019，41（2A）：1-7.[2]張忠信.基于模糊滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)控制器設(shè)計(jì)[D].大連：大連交通大學(xué)，2017.[3]顧華利，張海濤.基于模糊滑模變結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的控制方法[J].電力科學(xué)與工程,2016，32（8A）：6-10.[4]吳家齊.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)控制器研究[D].大連：大連交通大學(xué)，2018.[5]趙潔.基于新型滑?？刂频挠来磐诫姍C(jī)伺服系統(tǒng)研究[D].湖南：湖南科技大學(xué)，2017.[6]周慧龍，張遷，鐘欽洪，胡勤豐.模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制在低壓永磁同步電機(jī)中的應(yīng)用[J].微電機(jī),2018，51（8A）：44-48.[7]周慧龍.模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制在永磁同步電機(jī)中的應(yīng)用[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2018.[8]李田桃.永磁同步電機(jī)滑模變結(jié)控制系統(tǒng)研究[D].太原：西安科技大學(xué)，2018.[9]牛軍政.永磁同步電機(jī)滑?？刂品椒ㄑ芯縖D].太原：太原科技大學(xué)，2017.[10]王磊，顧鼎聞.永磁同步直線電機(jī)的模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制的研究[J].信息通信,2018，190（10A）：9-12.[11]王兆安，劉進(jìn)軍．電力電子技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2009：80-115[12]謝寶昌，任永德．電機(jī)的DSP控制技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2005：13-18[13]劉鐵湘，陳林康，曾岳南等．永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真[J]．微電機(jī)．2004，37(4)：44-46[14]史光輝，于佳，張亮．永磁同步電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩電流比控制[J]．電機(jī)技術(shù)．2009(5)：28-31[15]劉微．永磁同步電機(jī)弱磁控制策略研究[D]．北京交通大學(xué)．2014：3-6致謝光陰似箭，歲月如梭。為期四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束，現(xiàn)在想來，曾經(jīng)的酸甜苦辣如同電影般閃現(xiàn)在眼前，百感交集，有太多的留戀和不舍。然而心中充盈更多的是感激。相遇便是一種情緣，感謝生活讓我在風(fēng)華正茂的青春歲月同各位相遇，正是這一路上你們的幫助和支持成就了更好的自己。首先，我要真誠地感謝我的指導(dǎo)老師李長英老師以及四年來指導(dǎo)過我的老師們，感謝你們的