基于先进控制算法的PMSM伺服系统优化设计

发布时间：2020-03-23 20:21

【摘要】：高精度的伺服系统在工业生产中应用广泛,作为交流伺服系统中的重要组成部分,永磁同步电机(PMSM)在众多场合尤其是定位精度要求高的领域中占据主导位置。本文以提高PMSM伺服系统性能为目标,主要研究电流环解耦控制器设计以及速度环和位置环参数优化。具体内容如下:(1)分析国内外伺服的产品现状与发展趋势,对永磁同步电机伺服系统主要控制策略和关键技术进行总结。确定采用矢量控制策略,分析并建立了永磁同步电机数学模型,在此基础上详细叙述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的原理及实现方式。(2)设计了永磁同步电机伺服系统三闭环结构以及电流环、速度环和位置环控制器的参数。针对电流环中存在电动势耦合问题,设计了基于内模控制(IMC)和基于电压前馈控制(VFDC)的电流解耦控制器。由于电压前馈解耦控制策略易受参数变化影响,本文采用内模控制方法,设计一种将内模控制与电压前馈解耦相结合的电流环控制器。应用内模原理对电压前馈解耦控制器的PI参数进行整定,并将结果应用到电压前馈解耦控制器上,以实现电动势的完全解耦。针对积分饱和导致的系统超调,结合积分箝位法设计带有抗积分饱和结构电流环解耦控制器。引入有功阻尼概念对速度环调节器参数进行整定,进一步提升伺服系统响应性与鲁棒性。(3)针对电机实际运行中由于参数时变性使得电流环内模控制器与电机模型失配导致的内模控制动态性能与系统控制质量的下降的问题,本文提出一种通过RBF神经网络逼近PMSM模型,利用参数选取性能指标对内模控制器参数λ进行训练的方法,以实现闭环系统自适应控制。(4)对永磁同步电机伺服系统中的速度环和位置环进行优化设计。对于系统运行中的参数变化导致控制器参数与模型失配的问题,采用加入最优保存策略的遗传算法对速度环调节器和位置环调节器参数进行设计。通过仿真验证了本文设计伺服系统的有效性。
【图文】：

转子结构,永磁同步电机

第二章永磁同步电机结构及其矢量控制系统逡逑磁同步电机的分类逡逑磁同步电机按供电电流波形的不同，可以划分为两类：矩形波永磁同步ｌｅｓｓ邋Ｄｉｒｅｃｔ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｍｏｔｏｒ，邋ＢＬＤＣＭ．又称无刷直流电动机）和正弦波永磁同步ａｎｅｎｔ邋Ｍａｇｎｅｔ邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｍｏｔｏｒ，ＰＭＳＭ）［４Ｑ］。ＢＬＤＣＭ邋控制系统结构简单，输出转矩高，不需要绝对位置编码器，但由于其气隙磁场呈矩形分布，在现换向转矩脉动的问题。ＰＭＳＭ输出转矩平滑，损耗小，可用编码器实现，与ＢＬＤＣＭ相比更适宜在低速直接驱动场合中应用，因此本文选择ＰＭ伺服驱动系统的研宄对象。逡逑ＭＳＭ与其他电机的不同之处在于它可以有不同的转子磁路结构，根据转子同，它们也被赋予了不同的工作性能和控制方式。按照永磁体在转子磁路位置，ＰＭＳＭ通常按情况被分为三大类：表面式、内置式和爪极式。逡逑

极限圈,稳态运行,轨迹,电动机

第二章永磁同步电机结构及其矢量控制系统逦逡逑一圆心在（－ｙ，．／Ｌｒｆ，０）处的圆形方程。而对于内置式ＰＭＳＭ，邋４？＾，贝Ｉ试（２．１２）即为一逡逑个椭圆方程。逡逑参考式（２．１０），ＰＭＳＭ的电流极限方程式为：逡逑ｉＬ＝ｉ２ｄ＋ｉｌ逦（２－１３）逡逑式（２．１３）为一以坐标原点为圆心的圆形方程，，当以＾作为圆形半径时，它显示的是逡逑电流极限轨迹。将式（２．１２）与（２．１３）表现在图２．４所示的平面上，即可得到电动机稳定逡逑运行时的电压极限轨迹与电流极限圆轨迹。逡逑
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TM341

【参考文献】