永磁伺服系统电流环设计与优化

发布时间：2017-09-03 21:30

  本文关键词：永磁伺服系统电流环设计与优化

  更多相关文章： 永磁同步电机 自抗扰控制 扩张状态观测器 控制延时 参数辨识

【摘要】：永磁同步电机较其他类型电机,在功率密度、效率、体积、结构等诸多方面存在明显优势,因而在需求较高精度的伺服场合,例如机器人、数控机床、电梯、导航等应用中逐渐成为主流选择。为确保性能并满足具体应用的需求,永磁伺服系统必须具有快速的动态响应以及高稳态精度。作为伺服系统最内环的电流环则是保证整体系统性能的基础。而在电流环中存在的扰动、因数字控制带来的控制延时等因素将对控制性能带来不利影响。因此,本文采用一种新型的非线性控制器——自抗扰控制器替代传统的PI控制器。它包括以下三个部分:跟踪微分器(Tracking Differentiator,TD)、非线性反馈律(Nonlinear State Error Feedback,NLSEF)和扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)。通过对扰动进行估计并直接补偿,并据此配置合适的反馈控制率可以获取较好的控制性能。本文首先研究了自抗扰控制技术在PMSM伺服系统电流环中的应用,设计了电流环一阶自抗扰控制器。通过扩张状态观测器估计扰动并前馈补偿的方式消除扰动的影响。随后,在对数字控制延时环节和控制器结构进行分析后,提出了一种针对延时的改进自抗扰控制器。使得电流响应在表现出良好抑扰性能的同时能明显消除延时环节的影响且可大幅扩展电流环的带宽。并通过仿真和实验验证了有效性。随后,考虑到电机运行过程中会存在参数变化将恶化控制器性能这一问题,对电流环自抗扰控制器进行了参数鲁棒性分析,确定对控制器性能影响最显著的电机参数。并据此采用模型参考自适应方法对电机磁链以及最为影响控制器性能的电感参数项进行在辨识。并通过仿真及实验验证了分析的正确性以及参数辨识方法的有效性。
【关键词】：永磁同步电机 自抗扰控制 扩张状态观测器 控制延时 参数辨识
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TM921.541
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 永磁同步电机伺服系统发展现状13-16
• 1.2.1 永磁同步电机的控制策略13-14
• 1.2.2 国内外交流伺服系统发展现状14-15
• 1.2.3 永磁同步电机电流控制策略15-16
• 1.3 自抗扰控制16-17
• 1.3.1 自抗扰控制技术的提出与发展16-17
• 1.3.2 自抗扰控制在电机控制的应用17
• 1.4 本文主要工作17-19
• 第二章 永磁同步电机数学模型与自抗扰控制原理19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 永磁同步电机数学模型19-22
• 2.2.1 永磁同步电机结构19
• 2.2.2 永磁同步电机旋转坐标系下模型19-22
• 2.2.3 永磁同步电机矢量控制策略22
• 2.3 自抗扰控制器原理22-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 PMSM电流环自抗扰控制器设计28-48
• 3.1 引言28
• 3.2 电流环PI控制器的缺陷28-31
• 3.2.1 控制延时的影响28-30
• 3.2.2 电流环的扰动30-31
• 3.3 电流环自抗扰控制器的设计31-41
• 3.3.1 电流环数学模型31-32
• 3.3.2 电流环自抗扰控制器设计32-34
• 3.3.3 整体结构及性能分析34-36
• 3.3.4 仿真及实验验证36-41
• 3.4 基于延时环节的改进型自抗扰控制器41-47
• 3.4.1 针对延时环节的改进型ADRC设计41-43
• 3.4.2 仿真与实验验证43-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 电流环自抗扰控制器鲁棒性分析及参数辨识48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 电流环自抗扰控制器的鲁棒性分析48-52
• 4.2.1 电流环自抗扰控制器的鲁棒性分析48-50
• 4.2.2 仿真及实验验证50-52
• 4.3 电感参数辨识52-58
• 4.3.1 基于模型自适应的参数辨识方法52
• 4.3.2 基于MRAS的电感及磁链辨识算法设计52-55
• 4.3.3 仿真及实验验证55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 全文总结与展望60-62
• 5.1 全文总结60
• 5.2 进一步研究工作的展望60-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 在学期间获得的荣誉及发表的学术论文68

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