基于状态反馈和转矩补偿的永磁同步电机驱动柔性负载控制方法

发布时间：2020-02-04 11:58

【摘要】：柔性负载广泛存在于各类高性能驱动控制系统中。为了抑制由于负载柔性引起的谐振以及补偿负载转矩扰动对系统的影响,提出了一种基于状态反馈与转矩前馈控制器的柔性负载控制策略。未知状态和负载转矩采用卡尔曼滤波器进行估计。然后利用估计得到的谐振相关状态对系统谐振进行补偿,利用估计得到的负载转矩对负载转矩影响进行补偿。相对于传统状态反馈策略,所提出的柔性负载模型和控制器将柔性阻尼考虑在内,并且所提出的负载转矩前馈控制器可以补偿任意变化的负载转矩。在此基础上,利用极点配置策略对控制系统参数进行确定。仿真和实验验证了文中所提出方法的有效性。
【图文】：

峁鉼缤?。图7(a)—(f)展示的分别为极点配置结果为图6中A、B、C时的仿真结果。图7(a)、(b)展示的为表2控制器参数Tab.2ControllerParameters控制策略极点极点位置PI参数PIAξ1=ξ2=0.278，ω1=ω2=20kp=1.41，kI=25.98状态反馈Bξ1=ξ2=0.707，ω1=ω2=20kp=1.97，kI=25.98，k1=54.4，k2=3.61状态反馈Cξ1=ξ2=0.707，ω1=ω2=30kp=3.90，kI=131.5，k1=244，，k2=4.63实轴轴虚303010301020100ABC图6PI控制策略以及状态反馈策略所确定极点位置Fig.6PoleplacementofPIcontrollerandstatefeedbackcontrollerωm,ωL,ωerf/rad(/s)0.20.10.00.20.1t/s(a)极点A转速024t/s(b)极点B转速024t/s(c)极点C转速024Tm(/N)m0.40.20.00.2t/s(d)极点A转矩024t/s(e)极点B转矩024t/s(f)极点C转矩0241.00.50.01.00.5图7状态反馈控制策略与PI控制策略控制效果对比Fig.7ComparisonbetweenoptimalcontrollerandPIcontroller采用PI控制策略并且极点配置结果位于A时仿真结果；图7(c)、(d)为采用状态反馈策略并且极点配置结果位于B时仿真结果；图7(e)、(f)为采用状态反馈策略并且极点配置结果位于C时仿真结果。其中，图7(a)—(c)中实线为负载转速ωL，虚线为电机转速ωm。图7(d)—(f)展示的为给定电机转矩Tm。图8展示的为Kalman状态估计器估计结果，

loadparameters参数数值转动惯量Ia/(kgm2)0.1673刚柔耦合系数Fa/(kgm1/2)0.3243模态频率Ω/Hz1.4306模态阻尼系数ξ/(Nm/(rad/s))0.634对电机进行转速控制，分别进行阶跃转速给定与阶跃负载转矩给定。其中，给定转速分别在0s和2s给定为阶跃0.1rad/s和0.1rad/s，在1s处施加阶跃负载转矩为0.04Nm，在3s时撤除。分别使用PI调节器和状态反馈策略对转速进行控制，其中PI调节器参数确定方法参考文献[5]。两种控制策略控制参数以及极点位置分别如表2和图5所示。在表2控制参数作用下的仿真结果如图6。图7(a)—(f)展示的分别为极点配置结果为图6中A、B、C时的仿真结果。图7(a)、(b)展示的为表2控制器参数Tab.2ControllerParameters控制策略极点极点位置PI参数PIAξ1=ξ2=0.278，ω1=ω2=20kp=1.41，kI=25.98状态反馈Bξ1=ξ2=0.707，ω1=ω2=20kp=1.97，kI=25.98，k1=54.4，k2=3.61状态反馈Cξ1=ξ2=0.707，ω1=ω2=30kp=3.90，kI=131.5，k1=244，k2=4.63实轴轴虚303010301020100ABC图6PI控制策略以及状态反馈策略所确定极点位置Fig.6PoleplacementofPIcontrollerandstatefeedbackcontrollerωm,ωL,ωerf/rad(/s)0.20.10.00.20.1t/s(a)极点A转速024t/s(b)极点B转速024t/s(c)极点C转速024Tm(/N)m0.40.20.00.2t/s(d)极点A转矩024t/s(e)极点B转矩024t/s(f)极点C转矩0241.00.50.01.00.5图7状态反馈控制策略与PI控制策略控制效果对比Fig.7ComparisonbetweenoptimalcontrollerandPIcontroller采

【参考文献】

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本文编号：2576322