基于自抗扰和分数阶PD控制的永磁同步电机伺服控制策略研究

发布时间：2017-09-09 21:25

  本文关键词：基于自抗扰和分数阶PD控制的永磁同步电机伺服控制策略研究

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【摘要】：永磁同步电机转子为永磁体，定子为三相绕组。它运行可靠、控制方便、损耗小，被广泛应用于交流伺服系统中。由于电机模型的不确定性和强耦合性，以及运行过程中参数变化、负载扰动等因素，影响了永磁同步电机在伺服系统中获得较高的性能。本文基于此背景将分数阶PD μ控制器、自抗扰控制技术以及矢量控制技术相结合，提出永磁同步电机伺服控制系统实现更高控制性能的控制策略及设计方法。 本文首先简述了矢量控制的基本原理，以及永磁同步电机在dq旋转坐标系下的数学模型，同时介绍了在矢量控制中使用的SVPWM调制技术和SVPWM快速实现的方法。然后介绍自抗扰控制技术的原理及线性调参的方法，针对线性自抗扰的控制性能过度依赖扩张状态观测器这一问题进行了分析，提出用分数阶PD μ控制器替代整数阶PD控制器这一控制策略。分析分数阶PD μ控制器的原理及动态性能，针对永磁同步电机伺服控制系统，提出在速度控制中采用扩张状态观测器观测系统扰动，，用分数阶PD μ控制器作为反馈控制器，在位置控制中采用分数阶PD μ控制器作为反馈控制器。分数阶PD μ控制器与自抗扰控制技术结合不仅可以消除传统线性自抗扰控制器对扩张状态观测器观测精度的依赖，同时扩张状态观测器还可以将系统不确定性维持在分数阶PD μ控制器的不敏感区域内。 本文在理论研究的基础上，首先对所提方法的效果进行了仿真分析，仿真结果证实了所提方法的有效性；之后根据此方法搭建了硬件平台和软件实验平台并进行实验，实验结果也很好地证实了该方法的准确性和有效性。本文提出的控制策略具有先进性、创新性和工程实用性，为以后实际应用提供了一个良好的参考。
【关键词】：永磁同步电机 伺服 自抗扰 分数阶 矢量控制
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 引言11-13
• 1.1.1 课题研究背景11
• 1.1.2 课题研究目的与意义11-13
• 1.2 永磁同步电机控制技术的研究现状13-15
• 1.2.1 矢量控制13-14
• 1.2.2 直接转矩控制14-15
• 1.3 自抗扰控制器在电机控制中的研究现状15-16
• 1.4 分数阶 PID 控制器在电机控制中的研究现状16
• 1.5 本文主要研究内容及论文结构16-18
• 第2章 永磁同步电机矢量控制技术18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 矢量控制中的坐标系及坐标变换18-22
• 2.2.1 矢量控制中所需的坐标系19-20
• 2.2.2 矢量在坐标系之间的变换20-22
• 2.3 永磁同步电机的数学模型22-25
• 2.3.1 永磁同步电机的转子结构22-23
• 2.3.2 永磁同步电机在dq 轴系的数学模型23-25
• 2.4 空间矢量脉宽调制25-28
• 2.4.1 空间矢量脉宽调制原理25-26
• 2.4.2 PWM 调制原理26-27
• 2.4.3 空间矢量脉宽调制的快速实现27-28
• 2.5 永磁同步电机 i_d= 0矢量控制策略仿真与实验28-34
• 2.5.1 永磁同步电机 i_d= 0矢量控制 SIMULINK 仿真28-31
• 2.5.2 基于 DSP 的永磁同步电机 i_d= 0矢量控制实验31-33
• 2.5.3 传统 PI 控制算法的局限性33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 线性自抗扰及分数阶PD ~u控制器分析35-52
• 3.1 引言35
• 3.2 线性自抗扰控制技术分析35-45
• 3.2.1 线性自抗扰控制器设计36-38
• 3.2.2 线性扩张状态观测器估计扰动与实际扰动关系38-39
• 3.2.3 线性自抗扰 PD 控制器的局限性分析及仿真验证39-45
• 3.3 分数阶PD μ控制器分析45-51
• 3.3.1 分数阶微积分的基本定义45-47
• 3.3.2 分数阶PD μ控制器47-48
• 3.3.3 分数阶微分动态分析48-49
• 3.3.4 分数阶PD μ控制器数字实现49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 基于自抗扰和分数阶PD~μ算法的 PMSM 伺服控制策略52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 基于自抗扰和分数阶PD~μ控制算法的 PMSM 伺服控制器设计52-58
• 4.2.1 电流环设计52-54
• 4.2.2 速度环设计54-56
• 4.2.3 位置环设计56
• 4.2.4 对转速信号及电流信号的卡尔曼滤波器设计56-58
• 4.3 基于自抗扰和分数阶PD~μ控制算法的 PMSM 伺服控制器仿真58-65
• 4.3.1 空载时转速从零起动到高速仿真结果分析59-61
• 4.3.2 转速在低速运行突加负载扰动仿真结果分析61-62
• 4.3.3 位置定位后突加负载扰动仿真结果分析62-63
• 4.3.4 转子位置跟踪 4Hz 正弦给定信号仿真结果分析63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 基于自抗扰和PD μ的 PMSM 伺服控制器在 DSP 中实现66-84
• 5.1 引言66-67
• 5.2 硬件电路设计67-74
• 5.2.1 CPU 控制单元67-69
• 5.2.2 系统电源电路69-70
• 5.2.3 旋转变压器信号解析电路70-71
• 5.2.4 三相逆变电路71-72
• 5.2.5 电流检测及过流保护电路72-73
• 5.2.6 硬件设计问题总结73-74
• 5.3 软件程序设计74-77
• 5.3.1 程序所需主要片上外设及整体设计框图74-75
• 5.3.2 程序实现流程75-77
• 5.3.3 软件设计问题总结77
• 5.4 实验结果77-83
• 5.4.1 高速启动实验结果77-80
• 5.4.2 转子位置跟踪 2Hz 正弦波给定信号实验结果80-82
• 5.4.3 转子位置定位实验结果82-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第6章 结论与展望84-86
• 6.1 全文总结84-85
• 6.2 工作展望85-86
• 参考文献86-90
• 附录90-91
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单91-92
• 致谢92

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘清;基于自抗扰控制器的永磁同步电机伺服系统控制策略的研究及实现[D];天津大学;2011年

本文编号：822846