具有参数自整定功能的交流伺服系统设计与实现

发布时间：2017-07-18 18:15

  本文关键词：具有参数自整定功能的交流伺服系统设计与实现

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【摘要】：近年来,随着国内人工成本的上涨以及工业自动化的发展,越来越多的工厂开始使用更多的智能化工业设备。在电机控制系统中交流伺服系统的控制性能最佳,本文设计了一款通用交流伺服驱动系统,并在其基础上对伺服系统参数自整定进行了深入研究。伺服系统一般采用电流环、速度环和位置环的三环的控制结构。本课题在MATLAB/Simulink建立了PMSM的仿真模型,并通过对模型的仿真确定了负载转动惯量的变化对系统的控制性能会产生巨大的影响,本文中的参数自整定功能主要用来消除负载转动惯量的变化带来的不利影响。负载转动惯量的在线辨识是本研究中参数自整定的核心问题,本文对多种负载转动惯量辨识方法进行了研究和对比,发现基于FFLS的负载转动惯量辨识的方法在精度和实时性上都有最好的收敛性。因此本研究采用了基于FFLS的负载转动惯量辨识作为负载转动惯量的辨识方法。本研究将负载按负载转动惯量划分成了1、3、5、7、9、11、13、15倍电机的转动惯量的形式,并对不同的负载转动惯量分别进行了速度环和位置环的参数设计和迭代优化,由此可以获得最优的控制器参数表。电机运行时依据辨识得到的负载转动惯量选取合适的控制器参数实现参数在线自整定。本研究还对伺服系统的硬件系统进行了详细的探讨,并通过大量的实际工作制作了硬件电路。本设计在软件实现上也做了大量的工作,包括矢量控制、转动惯量辨识、参数自整定算法的实现。文本中为了方便调试,还设计了MODBUS通信。
【关键词】：矢量控制 负载转动惯量辨识 参数自整定 迭代优化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM921.541
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 交流伺服系统发展现状9-14
• 1.2.1 控制算法发展状况9-10
• 1.2.2 参数自整定发展现状10-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第2章PMSM矢量控制系统数学模型分析16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 永磁同步电机数学模型分析16-19
• 2.2.1 坐标变换16-17
• 2.2.2 电机模型17-19
• 2.3 矢量控制方法研究19-24
• 2.3.1 矢量控制技术19
• 2.3.2 空间矢量脉宽调制技术原理及实现19-21
• 2.3.3 负载转动惯量变化对伺服系统性能影响的分析21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 交流伺服系统控制器参数自整定技术研究25-49
• 3.1 引言25-26
• 3.2 速度环参数设计及其优化技术26-31
• 3.2.1 伺服系统速度环模型26-27
• 3.2.2 伺服系统速度环参数设计27-28
• 3.2.3 伺服系统速度环参数优化28-31
• 3.3 位置环参数设计及其优化技术31-37
• 3.3.1 伺服系统位置环模型31-32
• 3.3.2 伺服系统位置环参数设计32-33
• 3.3.3 伺服系统位置环参数优化33-37
• 3.4 负载转动惯量辨识研究及控制器参数自调整37-47
• 3.4.1 基于三角波速度指令法的负载转动惯量辨识研究37-38
• 3.4.2 基于任意加减速法的负载转动惯量辨识研究38-40
• 3.4.3 基于FFLS的负载转动惯量辨识研究40-46
• 3.4.4 交流伺服系统控制器参数自整定46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 交流伺服控制系统设计与实现49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 交流伺服驱动系统硬件电路设计49-53
• 4.2.1 主电路设计50-51
• 4.2.2 电流电压检测电路51-52
• 4.2.3 保护电路设计52-53
• 4.3 基于TMS320F28035 的交流伺服系统软件设计53-60
• 4.3.1 主程序架构53-56
• 4.3.2 转子位置初始化程序56-58
• 4.3.3 通信程序及上位机调试软件58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 交流伺服系统实验平台搭建与分析61-72
• 5.1 引言61
• 5.2 实验系统简介61-64
• 5.3 伺服系统速度环响应能力实验测试64-68
• 5.3.1 速度环给定信号响应64-66
• 5.3.2 速度环的频率响应测试66-68
• 5.3.3 速度环的刚度测试68
• 5.4 伺服系统位置环响应能力实验测试68-71
• 5.4.1 位置环正弦信号给定响应测试68-69
• 5.4.2 位置定位末端测试和环刚度测试69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：559111