永磁同步电机调速系统分数阶积分滑模控制策略研究

发布时间：2018-01-31 22:28

本文关键词： 永磁同步电机快速终端滑模控制分数阶积分滑模基于模型的设计　出处：《南京理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有能量密度高、控制简单、精度高等优点,在高精度加工、机器人、航空航天、武器系统和电动汽车等行业中得到广泛应用。本质上PMSM是一个多变量、强耦合、变参数、非线性的复杂系统,存在参数时变、电流耦合、以及外部扰动等不确定因素,直接影响着其控制系统性能的提高。本文以某坦克武器炮控系统中PMSM调速系统为研究对象。开展了有关PMSM电磁参数辨识、电流解耦控制、基于滑模理论的速度控制策略、以及基于模型设计的调速系统自动代码生成技术相关研究。探索了适合于坦克炮控系统的高性能PMSM调速系统的控制策略和实现方法。论文首先建立了表贴式PMSM的数学模型。针对PMSM模型中的电磁参数时变问题,设计了模型参考自适应辨识算法对PMSM电磁参数进行了在线辨识,通过建立加权二次型性能指标函数,将参数辨识问题转化成为优化问题,采用新型综合学习粒子群算法对辨识问题进行求解,仿真结果表明该方法具有较高的辨识精度。其次,针对PMSM调速系统采用i_d~*= 0矢量控制实现电流解耦存在动态解耦能力弱、解耦效果欠佳的问题,论文采用基于全局快速终端滑模控制(Global Fast Terminal Sliding Mode Control,GFTSMC)理论设计了电流解耦控制器,实现PMSM的电流解耦控制。鉴于调速系统存在时变、耦合等不确定性因素,引入自适应律,设计了自适应全局快速终端滑模控制策略(Adaptive Global Fast Terminal Sliding Mode Control,AGFTSMC),对PMSM不确定性因素进行抑制,以提高所设计电流解耦控制策略的鲁棒性。仿真结果表明采用AGFTSMC策略能够提高电流解耦能力,同时抗扰动性能也有所提高。再次,为了改善调速系统的控制精度和鲁棒性,采用滑模控制策略设计速度控制器。针对基本双幂次趋近律存在收敛时间长、待整定参数多、计算复杂度高等缺点,难以满足PMSM调速系统需求,提出了新型双幂次趋近律。结合被控对象的特点、分数阶微积分的优势以及滑模控制的优点,设计了分数阶积分滑模控制策略作为PMSM调速系统速度控制器。鉴于PMSM调速系统存在外部扰动,结合扩展观测器理论,设计了扩展观测器对外部扰动进行观测,且以前馈的方式引入控制器以提高调速系统的鲁棒性。最后,针对坦克炮控系统的实际工作场景,设计了适合于坦克炮控系统的PMSM调速系统的硬件平台。鉴于传统控制系统软件开发模式实现复杂控制策略存在周期长、产品稳健性差等缺点,采用基于模型的设计方式进行调速系统软件的开发。同时在搭建的PMSM调速系统实验测试平台验证了本文工作的有效性。
[Abstract]:Permanent Magnet Synchronous Motor ( PMSM ) has the advantages of high energy density , simple control , high precision , etc . It is widely used in high precision machining , robot , aerospace , weapon system and electric automobile . In order to improve the control accuracy and robustness of the speed control system , a new kind of speed controller for PMSM speed control system is designed based on the characteristics of the controlled object , the advantage of fractional calculus and the advantages of sliding mode control .

【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP273;TM341

【参考文献】