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1、 中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名：笑嘻嘻学 号：0000000学 院、系：信息与通信工程学院、电气工程系专 业：电气工程及其自动化论 文 题 目：永磁同步伺服电机控制指导教师: 2011 年 12 月 5 日毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述伺服技术是机电一体化技术的重要组成部分，它广泛地应用于数控机床工业机器人等工厂自动化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对电伺服系统的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。因此，研究并制造高性能、高可靠性的电伺服系统有着十分重要的现实意义本课题对于
2、电机的控制，采用滑模控制的方法。基于变结构系统理论的滑模控制, 有实现鲁棒控制的方法和条件。因为变结构系统是一个参数切换型的反馈控制系统, 它与传统的控制系统的最大区别就在于系统是在所选定的状态空间的超平面的两侧, 在瞬变过程中以跳跃的方式有目的地改变控制的结构, 从而产生滑模动作, 到达原点。由于滑模运动被约束在超平面内, 因此系统运动对模型参数的变化、非线性和外扰噪声是不敏感的, 可以有很强的鲁棒性, 同时还带来了系统的响应快、物理上实现简单的优点。高精度的伺服驱动，从日常生活到各种高精尖的科技领域，人们对伺服控制产品的性能、功能及性价比要求越来越高,因此,研究与开发高品质的交流伺服控制系
3、统,具有极其重要的现实意义和实用价值。关键字：同步电机，矢量控制，滑模控制，变结构。The offer of ensembletActive Servo Technology is an important component of Mechatronics Technology. It is widely used in the numerical control machine tool industry robot factory automation equipment. With the expansion of the modern production scale, the ne
4、eds of electric servo system of each industry addressing increases, and its performance put forward to higher request. Therefore, the research and manufacturing of high performance, high reliability of the electric servo system has very important practical significance.Thisissue to the motor control
5、,useing the sliding mode control method. Based on variable structure system theory of sliding mode control, realize the robust control methods and conditions. Because the variable structure system is a parameter switched type of feedback control system, the biggest difference from the traditional co
6、ntrol system is that the system is in the selected state space hyperplanes of the sides, in the transient process of the jump to a way to have a change the structure of the destination control, which causes the sliding mode action, to origin. Because sliding mode movement isrestraintted in the plane
7、 ,so the changes of model parameters movement, nonlinear and outside disturbance noise the system to is not sensitive, and it gets a very strong robustness, andit leads the system to response quickly, and advantages of simple physical realization.The subject uses the model of the controller is TMS32
8、0F2812 or DSP, DSP chip is mainly used in real time, quickly realize all kinds of complex digital signal processing algorithm, besides having general microprocessor control function of the high speed computing and control function, in the field of the high speed data transfer, data intensive operati
9、ons, such as real-time data processing demand, in the processor structure, command system and instruction process design is made of special design.High precision servo drive, from daily life to all kinds of advanced science and technology area, peoples demand on servo control product performance, th
10、e function become more and more cost-effective,.So there are important realistic meaning and practical value on the research and the development of the high quality of ac servo control system.Key word: synchronous motor, vector control, sliding mode control, variable structure参考文献： 1暨绵浩. 永磁同步电动机及其调速
11、系统综述和展望J. 微特电机,2007,(03):49-52.2李三东，薛花，纪志成. 基于Matlab永磁同步电机控制系统的仿真建模J.江南大学学报，2004，3(02):115-121.3张树团,李伟林,鲁芳,张海鹰.永磁同步电机弱磁调速系统建模及仿真研究.船电技术应用研究.2010,6(30):14-17,22.4邓干铭. 永磁同步电机控制系统仿真J.龙岩学院学报，2010,28(05):28-31.5王兴贵，孙宗宇，王言徐. 基于模糊控制的永磁同步直线电机矢量控制系统研究J.微电机，2010, 43(05):59-61，69.6樊冲唐硕 .空面导弹模型参考变结构控制器设计J.科学技术与
12、工程2010,10(13):3077-3080. 8李 敏,刘和平,陈永刚,刘寻.基于神经网络的滑模控制在水下机器人中的应用J.河南科技大学学报: 自然科学版,2010,31(03):18-21. 9张庆丰,高峰,王燕,杨庆华. 机器人关节滑模变结构的位置控制J.机电工程,2010,27(10):11-15.10高阳，薛小峰，田志祥.移动机器人的准滑模控制研究J.机械设计与制造,2010，(08):173-175. 12GUO Ji-feng ,GAO Cun-chen .Design of variable structure controller for uncertain time-de
13、lay singular systemJ.Journal of Harbin Institute of Technology(New Series),2009,3(16):331-337. 14Andrzej Bartoszewicz.Discrete-Time Quasi-Sliding-Mode Control StrategiesJ.IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, 1998,4(45):633-637.15CAI Guo ping,HUANG Jin-zhi. Discrete variable structure control
14、 of liner time-invariant systems with time delayJ.Journal of Shanghai Jiaotong University, 2002,1(07):84-88.16JinKun LIU,Fuchun SUN.A novel dynamic terminal sliding mode control of uncertain nonlinear systemsJ.Journal of Control Theory and Applications ,2007 ,5(02) :189-193. 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决
15、的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 永磁同步电机工作原理当永磁同步电机通入由三相逆变器经脉宽调制获得的正弦交流电源后，电机的定子绕组会产生一个旋转磁场，它与转子永磁体磁钢所产生的磁场互相作用，产生一个与定子绕组旋转磁场方向一致的转矩。当电磁转矩克服了转子本身的惯量和由永磁体磁钢所产生的阻尼转矩时，电机就开始转动起来，并且不断加速，直至定子旋转磁场带动转子永磁体磁钢一起同步运行。为了获得最大转矩，输入到三相绕组的正弦波电压必,须使得定子磁通和转子磁通的夹角接近90。为此，必须通过合适的电子控制来使得电机能够正常运行，而其中最重要的是获得转子的位置，转子的位置可以通过位置传感器来获得，也可以
16、通过无传感器控制算法计算来获得。2.2 永磁同步电机伺服控制系统永磁同步电动机伺服系统的基本结构如图1 所示。 图1 永磁同步伺服系统其基本工作原理是通过转子位置传感器获得电机转子的位置信号和定子电流传感器获得的三相电流值后，送人到主控单元，控制器通过某种控制算法，并与系统给定信号进行比较，从而得到逆变器的六路PWM信号，实现了电机的自同步运行。通过对伺服系统第分析，可以用matlab进行仿真2-3，并进行测试。根据仿真第结果，可以方便得修改系统参数，或者认为第加入不同扰动因素来考察不同实验条件下电机系统的动，静态性能，或者模拟相同的实验条件，比较不同控制策略的优劣，为分析和设计交流异步电机控
17、制系统提供了有效地手段和工具，也为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路2.2永磁同步电机矢量控制矢量控制的基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律。按磁场定向坐标，将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量 ，并使两分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。这样交流电动机的转矩控制。从原理和特性上就和直流电动机相似了。矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能而最终仍然是对定子电流的控制。由于在定子侧的各物理量，如电压、电流、电动势、磁动势都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，调节和控制都不容易。因此需要借助于坐标变换，使各物理量从静止坐标系
18、转换到同步旋转坐标系，这时各空间矢量就都变成了直流量。电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量id和产生转矩的转矩电流分量iq， 如图2所示，这样转矩和被控量定子电流之间的关系就一目了然。 图2. 转矩和被控量定子电流之间的关系永磁同步电机的矢量控制系统由四部分组成：1位置、速度检测模块；2速度环，电流环PI控制器；3坐标变换模块；4SVPWM模块和逆变模块。控制过程为：速度给定信号指令与检测到的转子速度相比较，经速度控制器的调节，输出I指令信号(电流控制器得给定信号)。同时，经过坐标变换后，定子反馈的三相电流变为id ，iq ，通过电流控制器使：id=0，iq 与给定的iq相比较后，经过电流调节
19、器的输出为d，q轴的电压，经Park逆变换后为、电压。通过SVPWM模块输出六路PWM驱动IGBT产生可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子。2.3 变结构滑模控制系统2.3.1变结构控制系统概述在控制系统的设计中，鲁棒性是人们日益重视的一个指标。所谓鲁棒性, 是指控制对象的数学模型中所包含的不确定性的允许程度。对大多数实际系统来说, 由于非线性的影响, 数学模型的简化程度和模型的某些物理性质的不确定性, 使得人们不可能获得所希望的十分精确的模型, 因此, 鲁棒性就成了系统设计目标的一个重要条件。变结构滑模控制的设计, 可以归纳为三个基本问题：（1）正确选择滑模超平面；（2）寻求滑模运动的存
20、在条件和达到条件；（3）分析滑模运动系统的稳定性。对于连续时间系统12-13, 变结构控制已取得了很大的进展。而随着计算机控制技术的发展与应用, 21 世纪的控制系统大多数已经使用离散系统了。因此, 对离散系统的滑模变结构控制研究已经成为滑模变结构控制的一个重要方向，并具有重要的现实意义。对于离散系统,其滑模变结构控制不能像连续系统那样产生理想的滑动模态, 而只能产生准滑模控制。因此连续滑模控制的滑模到达条件无法适用于离散系统。2.3.2 滑模面研究滑模变结构控制通常要求具有理想的滑动模态、良好的动态品质和较高的鲁棒性, 这些性能可以通过选择适当的滑模面来实现。(1)线性滑模面15线性滑模面的
21、滑模控制将系统的滑模运动分成趋近和滑模两个阶段。系统从任意初始状态趋向切换面, 直至到达切换面叫作趋近阶段。而系统在滑模面上的运行过程称为滑模阶段。系统到达滑模阶段后, 跟踪误差渐进地收敛到零。线性滑模面适用于速度和精度要求不是非常高的非线性系统, 例如一些简单的电机伺服控制性系统。(2)非线性滑模面为了使控制系统获得更好的性能, 出现了各种非线性滑模面。终端滑模控制 由于终端滑模控制器可以加速平衡点附近的收敛速度16，所以在控制精度要求高的场合非常有用，比如机器人17的控制。积分滑模控制 积分滑模控制18就是在线性滑模面中增加状态变量的积分项, 由于滑模面中含状态变量的积分, 因此可消弱抖振
22、、减小稳态误差。时变滑模控制 时变滑模面19可随系统的状态或时间改变而改变, 使系统始终运行在滑模状态, 从而消除趋近阶段、提高系统的鲁棒性。连续二阶滑模 连续二阶滑模能够很好地消除变结构控制系统中的抖振现象，有充分的系统稳定性分析，因此在消除抖振研究中具有很好的前景以及实际应用价值20。2.4 永磁同步电动机的发展前景伺服系统在经历了步进电机伺服和直流电机伺服发展阶段之后。现在已进入了交流伺服迅猛发展的时代。而对于伺服系统对应的功率范围，稀土永磁电机的转矩质量比为其它电力磁电机的两倍左右，并且低速控制性能优异。因此，永磁同步电动机伺服系统的研究愈益受到人们的重视。同其它伺服系统相比，永磁同步
23、电动机伺服系统在性能和结构设计上有其独特之处。随着电力电子技术、微电子技术和控制技术的发展，已将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，为机电一体化开辟了广阔的前景。随着功能强大的数字处理芯片(DSP)的出现，使运算速度呈几何级数上升，达到了伺服环路高速实时控制的要求。电力电子技术和现代交流电机控制理论的发展，永磁电机性价比的不断提高，将包括电流环在内的所有核心控制环节全部数字化的永磁同步电机控制系统已成为伺服最有前景的发展方向。此外，各种现代控制技术，如自适应控制、最优控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制等已深入到传统的自动控制系统中，这都为伺服系统带来巨大的发展。可以毫不夸张地说，永磁同步电动机己在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。 毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日