基于差分进化算法的自适应一体化滑模控制器伺服系统鲁棒性研究

发布时间：2020-06-25 02:52

【摘要】：随着永磁稀土材料的快速发展,永磁同步电机(PMSM)在工业伺服场合已经变得举足轻重。由于其日益广泛应用以及实际工况的复杂性,伺服系统的鲁棒性已经是国内外学者和工程技术人员研究的重要方向。滑模控制是一种可以有效提高系统抗扰性的控制方法,为了增加伺服系统的静动态性能及鲁棒性,本文研究了基于差分进化算法(DE)的一体化滑模控制(ISMC)方法,即保证伺服系统运行在位置给定的前提下可以实现速度可控,而且减少了控制器个数,提高了系统响应,大大增加了系统的鲁棒性。本文首先介绍了 PMSM在不同坐标系下的数学建模,在数学模型的基础上,对矢量控制做了原理性介绍,分析了永磁同步电机三闭环伺服控制系统模型和各个环路控制器的作用和影响。其次,为提高系统鲁棒性,转速环常被滑模控制器替换。当伺服系统给定为位置信号时,针对传统滑模控制器存在的转速不可控问题,研究了基于一体化滑模控制器的伺服控制系统,并对其进行了稳定性分析。由于一体化滑模控制器的控制参数较多不易调节,而且易受不同工况的影响,故通过DE算法对这些参数进行优化。经过对差分进化算法具体步骤的分析,将其应用于一体化滑模控制器中。为了验证方案的正确性和有效性,结合了伺服系统实际运行工况中可能出现的内外部扰动,设计了具有针对性的目标函数,使得系统静动态性能能够在有限的优化代数内达到设定指标。最后搭建了基于差分进化算法的一体化滑模控制伺服系统实验平台及完成了对DE-ISMC正确性和有效性的验证,从电机高低速正反转、全速段运行、转速可控三个方面对DE-ISMC算法进行了正确性验证。从定子电阻Rs失配、定子电感Ld失配、低速爬行和负载扰动进行了有效性验证。实验结果表明,DE-ISMC在能实现位置模式转速可控的前提下,利用差分进化算法优化ISMC参数,使系统静动态性能在收敛代数之后能够达到设定指标。同时,DE-ISMC有效地提高了系统的鲁棒性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341

【参考文献】