基于自抗扰控制技术的PMSM伺服系统研究

发布时间：2017-03-30 04:08

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【摘要】：永磁同步电机(PMSM)因具有体积小、效率高、可靠性强、适用范围宽等优点而广泛应用于工业自动化领域。但永磁同步电机作为伺服控制系统的执行机构,属于一种强耦合、参数易变、非线性的被控对象,易于给系统带来非线性和不确定性的控制问题,也是永磁同步电机伺服系统的控制难题。自抗扰控制(ADRC)技术是一种继承经典PID“基于误差来消除误差”的控制思想、不依赖于被控对象数学模型的一种非线性控制方法,能有效地解决系统的非线性和不确定性问题。引入自抗扰控制技术,能有效改善永磁同步电机伺服系统的抗扰能力、控制精度、动静态性能以及鲁棒性等。首先,阐述了课题的研究背景及意义。通过对当前伺服系统的发展概况,以及对永磁同步电机伺服系统、控制策略和算法的研究现状进行分析与研究,确立了本课题的研究内容。其次,对永磁同步电机的数学模型进行详尽推导,根据永磁同步电机的矢量控制原理,选定id=0的控制方式对系统进行解耦控制,从而实现对电机励磁、转矩的独立控制。然后,简述了自抗扰控制技术的发展及其优越性,并对自抗扰控制器的具体数学模型进行详尽地分析,分别建立了自抗扰控制器的三个环节：跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈控制律的状态方程。根据这三个环节的具体特性分别对其进行参数整定,并给出整定方法。最后,结合永磁同步电机的数学模型,基于自抗扰控制器设计永磁同步电机的伺服系统。通过搭建系统的Simulink仿真模型,分别对永磁同步电机伺服系统的动态性能、跟踪性能、抗扰性能进行研究。仿真结果表明：在自抗扰控制器的作用下,永磁同步电机伺服系统具有精确的跟随能力、良好的动静态性能以及非常强的抗干扰能力,获得了预期的控制效果。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制 伺服系统 自抗扰控制
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM921.541
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 伺服系统的发展概况12-13
• 1.3 永磁同步电机伺服系统的研究现状13-17
• 1.3.1 控制策略的研究现状13-14
• 1.3.2 控制算法的研究现状14-17
• 1.4 主要研究工作17-19
• 第二章 永磁同步电机数学模型及其控制策略19-31
• 2.1 永磁同步电机的结构19-20
• 2.2 永磁同步电机的数学模型20-24
• 2.2.1 坐标变换20-23
• 2.2.2 交直轴坐标系下的数学模型23-24
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制24-30
• 2.3.1 永磁同步电机的矢量控制策略分析24-26
• 2.3.2 SVPWM控制技术26-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 自抗扰控制理论研究31-49
• 3.1 经典PID控制器的分析与改进31-33
• 3.1.1 PID控制器的结构及其优缺点31-32
• 3.1.2 PID控制器改进32-33
• 3.2 自抗扰控制概述33
• 3.3 自抗扰控制器模型分析33-39
• 3.3.1 跟踪微分器34-35
• 3.3.2 扩张状态观测器35-38
• 3.3.3 非线性状态误差反馈控制律38-39
• 3.4 自抗扰控制器的参数整定39-48
• 3.4.1 跟踪微分器的参数整定39-42
• 3.4.2 扩张状态观测器的参数整定42-46
• 3.4.3 非线性误差状态反馈控制律的参数整定46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 基于自抗扰控制器的伺服系统设计49-64
• 4.1 基于自抗扰控制器的伺服系统方案设计49-54
• 4.1.1 二阶位置-速度自抗扰控制器设计50-52
• 4.1.2 一阶电流环线性自抗扰控制器设计52-54
• 4.2 系统仿真与分析54-63
• 4.2.1 动态性能分析55-57
• 4.2.2 跟踪性能分析57-60
• 4.2.3 抗扰性能分析60-63
• 4.3 本章小结63-64
• 总结64-65
• 参考文献65-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71-72
• 致谢72-73
• 附录73-76

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