永磁同步电机伺服系统的自适应模糊控制研究

发布时间：2020-11-03 11:10

　　 作为伺服系统常用的能量转换装置之一,采用了高性能稀土的永磁同步电机具有结构简单和性能良好的特性。我国作为快速发展的工业大国,并将向超级强国迈进。研究高性能永磁同步电机伺服系统有利于工业、航空航天等领域的快速发展和我国的充分稀土资源的更合理使用。本文将使用永磁同步电机作为系统的被控对象,针对系统经常发生的负载突变问题,研究了模糊控制和自适应模糊控制方法。通过对比研究的方式,得出一种更适用于负载突变场合的控制方法。首先,本文先对永磁同步电机在不同坐标系下进行了建模,对比了常用的几种矢量控制方法后选择了直轴电流为零的方案。对电流、速度双环系统采取了先电流内环后速度外环的研究方向。在电流环的设计过程中,先对直轴电流和交轴电流采取了解耦,后又将电流环和速度环化简计算成了典型系统,通过时域和频域分析方法完成了基础模型的设计。其次,研究了模糊逻辑控制方法,该方法的万能逼近特性可以以任意精度逼近非线性系统,此特性能够能应对负载突变和参数不确定性问题。选择了MAMDANI型模糊控制器。根据控制器参数和时域性能指标的关系,在常规PID算法的基础上,设计了PID参数可以自主调节的模糊控制器。并对控制器的主要可调参数量化因子和比例因子进行了设计与分析,在模糊输入变量和模糊集合子元素的选择上,主要探讨了控制可实现性和控制精度的问题。最后,研究了一种新型的自适应模糊控制方法。自适应模糊控制的设计过程分为:自适应律的获取和模糊控制器的设计两部分。采用了Lyapunov综合设计方法。自适应律的设计使用了反步设计方法,每一步都确保了系统是Lyapunov条件下的稳定。采用模糊逻辑系统去逼近控制律中无法求得的非线性函数,使设计过程变简单易行。所设计出的自适应模糊控制器在保证系统稳定性的前提下,保证系统所有信号都是收敛的,系统有着小的稳态误差。在对每种控制设计完成后,都采取了仿真验证。在相同给定条件下,仿真验证了系统在不同的运行状态下各种控制方法的优劣性。所提出的自适应模糊控制在应对负载突变时有着较好的控制效果,该方法使控制器的设计过程变简单,同时拥有了良好的控制效果。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP273.4;TM341
【部分图文】：

系统的频率响应

- 23 -如图 2-11。图2-11 械子系统对应不同转动惯量的开环 bode图从图中可以看出，系统转动惯量在 J ~ 6J 从小到大增加时，高频段的增益是逐渐减小的，相位也发生了一定滞后。转动惯量发生大变化时，系统高频段开环增益越小，相位滞后越大。若系统转速环比例系数pnK 保持不变，在转动惯量变大时，跟随性能和抗扰性能会受到一定程度的影响。在转动惯量减小时，会使系统对输入信号的变化不敏感，转速变化很慢，无法满足控制精度，严重还会导致系统的稳定性变差。所以

- 25 -(c) 三相电流波形图2-12 突变过程 PI 控制仿真曲线从仿真结果可以得出，在(a)的转速响应曲线中，在空载情况下，在系统刚开始运行突加给定转速情况下，转速跟踪的上升时间约为 0.075 s，超调量约为0.2%，曲线在给定值上下经过 2 次震荡便不再产生震荡。在突然降速的情况下转速的最大偏差约为 3%，调节时间约为 0.34 s，经过 3 次震荡后完成速度调节。系统突加负载转矩 =10N mLT 时的动态降落约为 0.5%。在(b)的转矩响应曲线中
【参考文献】

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本文编号：2868491