摘 要

随着各项技术的发展，现在永磁体材料性能不断提升同时价格也大幅降低，同时随着大规模集成电路的发展、半导体功率元件和控制技术的飞速更新，交流伺服系统慢慢取代直流控制系统而取得了更加广泛的应用。永磁同步电机具有体积小、结构简单、维修简便、转矩惯性比高、可靠性高等优点,特别是在机器人、航天航空、数控机床等对电机性能、控制精度要求较高的场合与领域,受到的关注越来越多。因而作为高性能调速系统的标杆，永磁同步电机调速系统被业界认为是很好的解决方案，但是各种扰动却成了其进一步发展和应用的最大困难。为了解决负载扰动对电机调速影响的问题，本文对电机自抗扰控制技术进行了探索，根据电机的基本数学和基本控制策略，根据速度控制的方向提出了自抗扰的解决方案。

木文以永磁步电机的矢量控制为基础，首先介绍了永磁同步电机的基本结构，数学模型和运行原理，给出矢量控制三种坐标系和相应坐标系下的数学模型。在对矢量控制的原理和SVPWM算法进行基本了解后开始着手搭建MATLAB/SIMULINK环境下的控制模型，并通过仿真结果进行验证。

对于永磁同步电机控制中的超调和抗扰动问题，本文主要用自抗扰控制和前馈技术进行补偿。首先对于自抗扰技术的分析从而针对自抗扰控制器的主要困难在于控制器参数整定的困难，提出线性化控制器的方法。在来进行理论分析后本文对于自抗扰控制器进行了建模和仿真，用过与普通PID控制器的仿真结果进行对比验证了自抗扰控制策略的可行性。

关键字：永磁同步电机；矢量控制；自抗扰控制；PID控制

Abstract

With the development of the technology, now permanent magnet material properties continue to improve at the same time, the price is also greatly reduced, also with the rapid update of the development of large scale integrated circuit, power semiconductor components and control technology, AC servo system slowly replaced DC control system, and access to the more extensive application。Permanent magnet synchronous motor with small volume, simple structure, easy maintenance, high torque to inertia ratio, high reliability advantages, especially in the robot, aerospace, CNC machine tools, such as the motor performance, control precision higher occasions and domain requirements, subject to the attention of more and more.Therefore, as the benchmark of high performance speed control system, permanent magnet synchronous motor speed control system is considered to be a good solution to the industry, but all kinds of disturbance has become the most difficult problem for its further development and application. In order to solve the load disturbance impact on the speed regulating motor problems, this thesis on motor auto disturbance rejection control technology are explored, according to the motor's basic mathematics and the basic control strategy, according to the direction of the speed control of the proposed self immunity of the solution.、

he vector control of permanent magnet synchronous motor based. Firstly, the thesis introduces the mathematical model of permanent magnet synchronous motor's basic structure, mathematical model and operation principle, the given vector control of three kinds of coordinates and the corresponding coordinate system. After the principle of vector control and SVPWM algorithm to understand the basic understanding of the beginning of the MATLAB/SIMULINK environment to build the control model, and through the simulation results to verify.

In the control of permanent magnet synchronous motor, this paper mainly uses the auto disturbance rejection control and feedforward technique to compensate the super harmonic disturbance. Firstly, the main difficulty of auto disturbance rejection controller is the difficulty of controller parameter tuning, and the method of

linearization controller is presented. After the theoretical analysis, the model and Simulation of the auto disturbance rejection controller are carried out, and the feasibility of the active disturbance rejection control strategy is verified by comparing the simulation results with the common PID controller.

Key Words： Permanent magnet synchronous motor; vector control; auto disturbance rejection control; PID control

第1章 绪论 1

1.1 永磁同步电机介绍 1

1.1.1永磁同步电机的发展 1

1.1.2 永磁同步电机的结构和运行原理 1

1.1.3永磁同步电机伺服系统现状 3

1.2 永磁同步电机的控制策略 3

1.3 本文主要研究内容 4

第2章 永磁同步电机的矢量控制技术 4

2.1 矢量坐标变换 4

2.1.1 三种坐标系的定义 4

2.1.2 矢量坐标变换 5

2.2 永磁同步电机的数学模型 6

2.2.1 PMSM在ABC三相静止坐标系中的数学模型 6

2.2.3 PMSM 的电压和电流在dq坐标系的ABC坐标系下的关系 7

2.3 矢量控制技术 7

2.4 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM)技术 8

2.4.1 电压矢量和磁链矢量的关系 8

2.4.2 SVPWM原理 9

2.4.3 SVPWM的实现 10

2.5 本章小结 12

第3章 自抗扰技术在PMSM速度控制中的应用 12

3.1自抗扰控制技术 13

3.1.1 跟踪-微分器 13

3.1.2 扩张状态观测器 14

3.1.3 非线性状态误差反馈 14

3.1.4 自抗扰控制器的设计 14

3.2 基于自抗扰技术的永磁同步电机矢量控制 15

第4章 ADRC系统的搭建与仿真结果 17

4.1 系统各个部分模型搭建 17

4.2 PMSM自抗扰控制器的仿真结果 20

4.3 普通PID系统的仿真结果 20

4.4 普通pid和自抗扰控制结果对比 21

第5章 全文总结 21

参考文献 22

第1章 绪论

1.1 永磁同步电机介绍

电机是一种用磁场为桥梁进行磁场，电力，机械能量互相进行转换的装置，建立电机里面的机械能和电能转换磁场来源有两种：其一是通过电励磁的方法，就是把电流输入电机的励磁绕组，它需要绕组和相应设备的支持同时还需要持续能量维持提供磁场的电流，比如普通直流电机，异步电机，普通同步电机；另一种是运用永磁体自带的磁场，即永磁电机，这种电机结构简单同时还能量利用率高。根据以上将同步电机的励磁绕组换成永磁体，便成为永磁同步电机（PMSM)。

1.1.1永磁同步电机的发展

作为永磁同步电机的核心部分，永磁体的发展一直和永磁同步电机的的发展联系紧密，19世纪20年代第一台电机就是永磁电机，只是碍于当时的各种技术问题，当时的永磁材料磁能密度较低，不久后便被电励磁式电机取代。

而永磁材料的发展基本分成三个阶段，第一阶段是钐钴永磁，第二阶段是2:17型永磁材料，第三阶段是钕铁硼永磁材料。对于第一阶段钴永磁材料价格较为昂贵，民用领域运用较少，多用于投资高同时要求高的高科技领域；第二阶段里的价格较低的2:17型永磁材料出现后，永磁电机才逐渐开始运用在民用工用电机上；到了第三阶段中钕铁硼永磁材料在耐腐蚀性和热稳定上有了改善后永磁电机的应用才越加广泛。