2011
年
9
月
第
18
卷第
5
期
控制工程
Control
Engineering
of
China
Sep.
20
1 1
Vo
l. I8 ,No.5
文章编号:
1671-7848
(2011
) 05
-0
796
-0
3
永磁同步电机的混沌分析与跟踪控制
张兴华，梅磊，王德、明
(南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏南京
210009
)
摘
要:针对永磁同步电机在一些特定的参数和工作条件下呈现的复杂动态行为，在分
析永磁同步电机
(PMSM)
混沌运动特性的基础上，提出了一种
PMSM
混沌系统的转速跟踪控制
方法。首先通过仿射变换和时间尺度交换，将转子磁场定向坐标系下的
PMSM
模型，交换成
一种简羊的元，量纲模型。之后采用相图、分岔图和
Lyapunov
指数的方法，分析了
PMSM
的混
沌动态特性。最后通过在原状态方程中增加一个状态变量的方法，采用比例积分控制，设计了
一种
PMSM
的混沌运动控制器，实现了
PMSM
混沌系统对给定参考转速的渐近跟踪，仿真结
果验证了控制方法的有效性。
关键词:永磁同步电机;混沌分析;跟踪控制
中图分类号
TP27
文献标识码
A
Chaos Analysis
and
Tracking Control of
Permanent
Magnet Synchronous Motors
ZHANG Xing-hua ,
MEI
Le
i , WANG De-ming
(College
of
Automation
and
Electric
Engineering
,
Nanjing
University
of
Technology
,
Nanjing
210009 ,
China)
Abstract:
Aim at the complex dynamic behaviors of permanent magnet synchronous motors (PMSM) under certain parameters and op-
eration conditions
, a speed tracking control method for chaos system of
PMSM
is proposed based
on
the analysis of chaos motion in per-
manent magnet synchronous motors. Firstly , the model of
PMSM
in the rotor-field-oriented frame is transformed into the non-dimensional
form via the affine and time scale transformations. Then
, the chaos behaviors of
PMSM
are analyzed
by
using phase portraits , bifurca-
tion diagrams and Lyapunov exponents. Finally , a controller of chaos in
PMSM
, which can realize the asymptotic tracking to the speed
reference
, is designed by adding an auxiliary state variable in the original state equation and using the
propo
此
ional
plus integral control
principle. Simulation results verified the effectiveness of the proposed control method.
Key
words:
permanent magnet synchronous motor; chaos analysis; tracking control
1
冒|
永磁同步电机
(Pennanent
Magnet
Synchronous
Motor
，
PMSM)
具有结构简单、运行可靠、能量转换
效率高和调速性能好等优点。在航空航天、工业自
动化装置、电动车、医疗器械，家用电器和计算机
外围设备等领域得到了广泛应用。永磁同步电机在
一些特定的参数和工作条件下会呈现复杂的混沌动
态行为
[1.
气表现为转矩和转速的间歇振荡和不规则
的电流噪声等。当电机处于
1
昆沌运动状态时，电力
传动系统的运行质量和稳定性将受到严重影响。因
此研究
PMSM
的混沌产生机理，进而采取有效的方
法来抑制或是消除电机运行中出现的混沌现象受到
了国内外学者的广泛关注。目前，针对
PMSM
的混
沌运动，已提出了许多有效的控制方法
[4-7]
其中的
一些方法还不完善，有待进一步的改进。例如，文
献
[6J
采用状态延迟反馈方法对
PMSM
11
昆沌进行控
收稿日期:
2009-10-16;
收修定稿日期:
2010
,(\
3-26
制，其缺点是难以确定延迟时间常数，且只能实现
混沌系统的镇定，不能将混沌系统控制到预设的轨
道;文献
[7J
提出的纳人轨道和强迫迁徙方法，其控
制目标不允许是给定系统自身的轨道，并且要在系
统轨道处于吸引域中时才能进行控制。此外，由于
该方法实质上是一种开环控制，理论上不能保证控
制系统是稳定的，因而在实际中难以实现。
本文给出了一类永磁同步电机
(PMSM)
混沌系
统的转速跟踪控制方法。在分析
PMSM
11
昆沌特性的
基础上，通过在原
PMSM
动态方程中增加状态变量
和引人
PI
控制的方法，实现了
PMSM
11
昆沌系统对
参考给定转速的渐近跟踪。该方法不仅稳定区域
大、可实现对参考给定的渐近跟踪，而且控制结构
简单，易于实现。
2
永磁同步电机的数学模型
在转子磁场定向坐标系
(d-q)
中，由电压平衡
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(60974009);
2009
年江苏省"六大人才高峰"计划项目，
作者简介:张兴华(1
963-)
，男，广东始兴人，教授，博士
z
主要从事电力传动控制，复杂系统控制等方面的教学与科研工作。
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