基于自抗扰技术的永磁同步电机控制系统研究

发布时间：2022-12-04 14:00

　　永磁同步电机具有结构简单、功率密度高、响应速度快等优点,在伺服领域占据了重要的地位。永磁同步电机在高精度伺服系统中的广泛应用同时,也对电机控制性能提出更高的要求。本文针对自抗扰控制器中扩张状态观测器存在因观测负担过重,导致控制性能下降的问题,从辨识补偿角度出发,设计了基于辨识补偿的自抗扰控制器。首先,推导了不同坐标系下的永磁同步电机数学模型,介绍了常规的矢量控制方式,在其基础上分析了自抗扰控制器的组成和数学模型,通过与PID控制策略做对比证明自抗扰控制策略的优势。其次,针对扩张状态观测器观测负担过重的问题,采取辨识补偿方式,通过对转动惯量与负载转矩的获取实现对系统扰动的部分补偿。在转动惯量辨识方面,本文采用了递推最小二乘法与模型参考自适应法,针对模型参考自适应法中增益系数选取存在收敛速度和稳定性之间的矛盾,采取了一种变自适应增益模型参考自适应法;在负载转矩观测方面,本文采用了降阶负载转矩观测法,应用该方法实现了对负载转矩的精准观测。然后,在矢量控制基础上建立了电流环自抗扰控制器与辨识补偿转速环自抗扰控制器,将其仿真结果与常规自抗扰控制器仿真结果比较,证明了辨识补偿自抗扰控制器的正确性与... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 永磁同步电机控制系统的研究现状
        1.2.1 永磁同步电机的基本控制策略
        1.2.2 现代控制策略的继承和发展
    1.3 自抗扰控制技术的研究现状
    1.4 转动惯量辨识与负载转矩观测研究现状
    1.5 本文研究的主要内容
第2章 永磁同步电机数学模型及控制策略
    2.1 永磁同步电机的结构
    2.2 永磁同步电机的数学模型
        2.2.1 在三相静止坐标系下的数学模型
        2.2.2 坐标变换
        2.2.3 在旋转坐标系下的数学模型
    2.3 矢量控制
    2.4 自抗扰控制技术原理
        2.4.1 经典PID控制及其局限性
        2.4.2 自抗扰控制器
    2.5 本章小结
第3章 转动惯量辨识与负载转矩观测
    3.1 转动惯量辨识
        3.1.1 递推最小二乘法辨识转动惯量
        3.1.2 模型参考自适应法辨识转动惯量
    3.2 负载转矩观测
    3.3 仿真结果及分析
        3.3.1 转动惯量辨识结果
        3.3.2 负载转矩观测结果
    3.4 本章小结
第4章 永磁同步电机自抗扰控制器设计
    4.1 基于自抗扰技术的电流环控制器设计
    4.2 基于自抗扰技术的转速环控制器设计
    4.3 基于辨识补偿的转速环控制器设计
    4.4 仿真结果与分析
    4.5 本章小结
第5章 永磁同步电机驱动系统软硬件设计与实验
    5.1 硬件设计
        5.1.1 电源电路设计
        5.1.2 驱动部分设计
        5.1.3 控制部分设计
    5.2 控制器的软件设计
        5.2.1 控制器软件整体设计
        5.2.2 基于自抗扰控制策略的程序设计
    5.3 实验结果及分析
        5.3.1 转速对比实验
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]6自由度液压机器人的自抗扰控制[J]. 许海强,唐海平,赵鹏兵.  组合机床与自动化加工技术. 2020(03)
[2]高精度数控机床直线电机的改进型自抗扰控制研究[J]. 郭亮,邓乾坤,鲁文其,吉祥,王凡.  机电工程. 2019(12)
[3]改进加减速法转动惯量辨识的应用研究[J]. 王黎光,徐海波,杨永生,张琼丹.  机械设计与制造. 2019(08)
[4]分数阶模糊自抗扰的机器人手臂跟踪控制[J]. 刘红艳,周彦,母三民.  控制工程. 2019(05)
[5]改进自抗扰的永磁同步电机直接转矩控制无传感系统研究[J]. 韩晔,厉虹.  电机与控制应用. 2017(04)
[6]永磁同步电机调速系统新型模型预测控制[J]. 徐楠,吕彦,谢后晴.  电机与控制应用. 2017(04)
[7]基于自抗扰的机载激光武器跟踪控制系统设计[J]. 陈水忠,刘敏.  电光与控制. 2017(07)
[8]浊度大时滞过程的预测自抗扰控制器设计[J]. 唐德翠,高志强,张绪红.  控制理论与应用. 2017(01)
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硕士论文
[1]永磁同步电机转动惯量的辨识方法研究[D]. 宋宏帅.齐鲁工业大学 2019
[2]自抗扰控制技术在永磁同步电机调速系统中的应用[D]. 彭秋铭.中国科学技术大学 2018
[3]永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真研究[D]. 吴梦皎.郑州大学 2018
[4]基于自抗扰控制技术的永磁同步电机调速系统[D]. 张羽.西南交通大学 2017
[5]基于自抗扰控制的永磁同步电动机伺服系统的研究[D]. 徐仕源.天津理工大学 2017
[6]基于辨识补偿的永磁同步电机滑模控制研究[D]. 孙博.哈尔滨工业大学 2016
[7]永磁同步电机伺服系统的自抗扰控制技术研究[D]. 张捷.南京航空航天大学 2015
[8]基于负载状态估计和补偿的永磁同步电机调速性能研究[D]. 曲跃鹏.哈尔滨工业大学 2014
[9]基于自抗扰控制技术的永磁同步电机速度控制研究[D]. 崔晓光.山东大学 2013
[10]永磁同步电机转动惯量辨识算法研究[D]. 桑妤.华中科技大学 2013



本文编号：3708397