论文总字数：18642字

摘 要

与面贴式永磁同步电机（PMSM）相比，内置式永磁同步电机（IPMSM）具有机械强度更高，结构更紧凑，损耗更小，抗去磁能力和弱磁能力更强等优点，因此，被广泛应用在电机驱动系统中。本文研究的是一种自适应后推控制系统，用于克服参数变化和负载扰动对电机驱动性能的影响。

首先介绍了内置式永磁同步电机的组成结构及其工作原理，矢量控制理论，在此基础上建立IPMSM数学模型，为后文研究做好铺垫。

充分地掌握内置式永磁同步电机自适应控制理论和后推控制理论以后，在理论基础上逐步设计出内置式永磁同步电机自适应后推控制系统实现方案。

最后基于MATLAB/Simulink构建出内置式永磁同步电机驱动控制仿真模型，介绍了主要仿真子模块的功能，给出了内置式永磁同步电机自适应后推控制系统的仿真结果并对其进行简要分析。仿真结果表明, 系统实际转速能够快速跟踪参考转速，并对负载扰动和参数变化有较强的鲁棒性。

关键词：内置式永磁同步电机；矢量控制理论；自适应后推控制；仿真模型

Adaptive backstepping control of interior permanent magnet synchronous motor

Abstract

Compared with the interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) and the face-mounted permanent magnet synchronous motor(PMSM), it has the advantages of higher mechanical strength, more compact structure, less loss, stronger magnetic resistance and weaker magnetic capability. Therefore, It is widely used in motor drive systems. In this paper, an adaptive back-push control system is studied to overcome the influence of parameter changes and load disturbances on motor drive performance.

Firstly, the composition structure, working principle and vector control theory of IPMSM are introduced. Based on this, a mathematical model of IPMSM is established to lay a good foundation for the later research.

After fully mastering the theory of interior permanent magnet synchronous motor adaptive control and the theory of backstepping control, the implementation of IPMSM adaptive backstepping control system is gradually designed on the basis of theory.

Finally, based on MATLAB/Simulink, an IPMSM driver control simulation model is constructed, the functions of the main simulation submodules are introduced, and the simulation results of the IPMSM adaptive backstepping control system are given and analyzed briefly. The simulation results show that the system can track the reference speed quickly and have strong robustness to load disturbance and parameter change.

Key words: Interior permanent magnet synchronous motor；Vector control theory； Adaptive backstepping control；Simulation model

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 相关领域研究现状 2

1.3 研究内容 2

1.4 设计思想 3

第二章 IPMSM数学模型 4

2.1 IPMSM的组成结构及其工作原理 4

2.1.1 IPMSM的组成结构 4

2.1.2 IPMSM的工作原理 4

2.2 矢量控制策略 5

2.2.1 矢量控制 5

2.2.2 坐标变换 6

2.3电流控制方法 7

2.3.1最大转矩电流比控制 8

2.3.2 id=0控制 8

2.4 IPMSM相关数学模型 8

2.5本章小结 9

第三章 IPMSM自适应后推控制 10

3.1 自适应控制 10

3.2后推控制 10

3.2.1 Lyapunnov稳定性理论 10

3.2.2 后推控制 11

3.3自适应后推控制器设计方案 11

3.4 本章小结 15

第四章 控制系统仿真及分析 16

4.1仿真工具MATLAB/Simulink简介 16

4.2仿真模型 16

4.3仿真结果及分析 19

4.4本章小结 23

第五章 总结与展望 24

参考文献 25

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

近年来，研究者们发现了一种具备高效率、高功率密度等众多优点的电机,该电机名字叫作永磁同步电机。永磁同步电机是由电励磁电机演变而来，它用永磁体替换了电励磁系统，从而省去了历次绕组、集电环和电刷，而定子结构与电励磁电机基本相同^[1]。由于其在稳态运行时能够在绕组中产生正弦波的感应电动势，便于对永磁同步电机进行控制，目前，永磁同步电机已成功应用于电梯拽引系统、船舶系统、航天器等领域中^[2,3]。

尽管永磁同步电机有着广泛应用，但若不对其加以区分，研究起来或者应用起来会十分的棘手，因为其种类不同，结构不同，应用也就不全相同，区分出同步电机的种类极为重要。永磁同步电机按照转子永磁体安装位置不同，可分面贴式和内置式两种^[4]，本文研究的是内置式的永磁同步电机，永磁体安装在转子内部，有着十分复杂的组成结构，但是由于具有很多优点而受到大家的重视。内置式永磁同步电机和一般永磁同步电机相比较而言，具有损耗更小、结构更加紧凑、功率密度更大、抗去磁和弱磁能力更强等优点。据了解，高性能的 IPMSM驱动系统通常采用的都是经典的矢量控制，这种控制是交流调速系统发展的基础，通常经过矢量控制，电机的动静态调速性能会得到一定的提升，但是有利必有弊，弊端就是磁场定向精度易被变化的电机参数所影响，导致精度不稳定，而且PI 控制的电机经过固定增益之后，其转速也会因为负载转矩的变化致使电机调速性能降低。通常内置式永磁同步电机的结构十分复杂，参数通常是未知的，我们在寻求其控制方案时候，首先要保证该控制方法能够满足参数未知情况下的控制。

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