基于优化ADRC的伺服控制技术的研究与开发
发布时间：2022-02-19 07:45
随着我国工业自动化进程的持续快速发展,交流永磁同步电机（PMSM）伺服控制系统在众多领域得到了广泛应用的同时,对其控制性能也提出了更高的要求,其中抗扰动能力成为衡量伺服系统性能优劣的重要指标之一。在PMSM伺服系统工作过程中,存在着诸多扰动因素,传统的PID控制难以实现高性能的伺服控制。自抗扰控制技术（ADRC）作为一种不依赖于对象精确模型的非线性鲁棒控制技术,能自动补偿系统中的内扰和外扰,具有抗扰动能力强、响应速度快等优点。因此本文在深入研究了交流伺服系统和ADRC的原理及不足之后,在对ADRC进行优化改进的基础上,设计了改进的PMSM伺服调速系统和PMSM自抗扰位置伺服控制系统。在PMSM自抗扰伺服调速系统中,扩张状态观测器（ESO）在扰动较多且幅值变化大时难以保证估计精度,而传统的模型补偿ADRC的性能又受到参数辨识精度和辨识算法复杂度限制。针对此问题,在分析了典型的速度环模型补偿ADRC的原理及不足之后,提出一种PMSM伺服系统改进的模型补偿自抗扰速度控制方法。以交轴电流和实际转速作为线性扩张状态观测器（LESO）输入,采用二阶LESO对PMSM伺服系统的总扰动进行观测,得到系...
【文章来源】：江南大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外交流伺服系统发展现状
1.3 交流伺服系统控制策略的国内外研究现状
1.3.1 基于PID控制结构的控制策略
1.3.2 基于非PID控制结构的控制策略
1.4 本文的主要研究内容
第二章 永磁同步电机及自抗扰控制器的数学模型
2.1 永磁同步电机的数学模型
2.1.1 三相静止坐标系下的数学模型
2.1.2 坐标变换
2.1.3 同步旋转坐标系下的数学模型
2.2 永磁同步电机的矢量控制
2.3 自抗扰控制器的数学模型
2.3.1 跟踪微分器
2.3.2 扩张状态观测器
2.3.3 非线性状态误差反馈控制率
2.4 本章小结
第三章 基于改进模型补偿自抗扰的PMSM伺服调速系统
3.1 模型补偿自抗扰控制器原理
3.2 改进的模型补偿自抗扰控制器
3.3 PMSM伺服系统改进模型补偿自抗扰速度控制器的设计
3.4 仿真实验
3.5 本章小结
第四章 PMSM位置伺服系统控制器的优化设计
4.1 PMSM二阶自抗扰位置伺服控制系统
4.1.1 PMSM伺服系统自抗扰位置控制器的设计
4.1.2 自抗扰位置控制器的参数整定分析
4.2 改进的混沌粒子群优化算法
4.2.1 基本粒子群算法原理
4.2.2 混沌初始化种群
4.2.3 参数可调的指数自适应惯性权重
4.2.4 混沌与稳定之间交替运动的位置更新
4.3 基于改进CPSO算法的自抗扰位置伺服系统算法实现
4.3.1 适应度函数
4.3.2 改进CPSO整定自抗扰位置控制器参数的算法流程
4.4 确定改进CPSO算法参数的仿真实验
4.4.1 参数可调的非线性惯性权重中参数确定
4.4.2 适应度函数中参数确定
4.4.3 算法寻优能力对比
4.5 本章小结
第五章 PMSM伺服控制系统性能实验测试分析
5.1 基于改进模型补偿自抗扰的PMSM调速系统性能测试
5.1.1 仿真测试与分析
5.1.2 原型系统中实验测试与分析
5.2 基于改进CPSO算法的PMSM自抗扰位置伺服系统性能测试
5.2.1 实验参数及系统结构
5.2.2 仿真测试与分析
5.3 本章小结
第六章 主要结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于免疫自整定的自抗扰控制研究[J]. 肖静,李大字,靳其兵. 北京化工大学学报(自然科学版). 2016(02)
[2]改进粒子群算法及其在PID整定中的应用[J]. 杨智,陈颖. 控制工程. 2016(02)
[3]多目标自适应混沌粒子群优化算法[J]. 杨景明,马明明,车海军,徐德树,郭秋辰. 控制与决策. 2015(12)
[4]基于惯量辨识PI自整定永磁伺服电机控制[J]. 马立新,范洪成,徐镇乾,黄阳龙,周尚珺玺. 电力科学与工程. 2015(09)
[5]Ahut-Delta并联机构改进混沌粒子群算法尺度综合[J]. 张良安,万俊,谭玉良. 农业机械学报. 2015(08)
[6]PI自整定永磁伺服系统转动惯量的辨识研究[J]. 马立新,徐镇乾,范洪成,黄阳龙. 机电工程. 2015(08)
[7]基于时间尺度的改进型自抗扰控制PMSM参数整定[J]. 刘小斌,张旭,赵洛印,苗雪莲. 自动化技术与应用. 2015(04)
[8]基于改进遗传算法的伺服系统自抗扰控制研究[J]. 周宜然,甘屹,陶益民,张阔峰. 机械工程与自动化. 2015(01)
[9]基于串级自抗扰控制的永磁同步电机位置伺服系统研究[J]. 谢先铭,兰志勇,廖克亮,李虎如,魏雪环. 微电机. 2015(01)
[10]模糊自抗扰控制在永磁同步电机调速系统的应用[J]. 秦帅,张斌,李彬郎. 计算机测量与控制. 2014(10)
博士论文
[1]交流永磁电机伺服系统复合自抗扰控制策略研究[D]. 黄庆.湖南大学 2014
[2]永磁同步直线伺服系统的参数自整定与抗扰动策略研究[D]. 卢少武.华中科技大学 2013
[3]永磁同步电机调速系统控制策略研究[D]. 卢达.浙江大学 2013
[4]一类不确定高阶非线性系统的级联自抗扰控制策略研究[D]. 段慧达.吉林大学 2012
[5]永磁同步电机传动系统的几类非线性控制策略研究及其调速系统的实现[D]. 侯利民.东北大学 2010
硕士论文
[1]受扰永磁同步风力发电机系统速度跟踪控制[D]. 张克兆.扬州大学 2016
[2]永磁同步电机伺服系统抗扰动控制算法研究[D]. 韩秉哲.湖南大学 2014
[3]基于矢量控制的永磁同步电机伺服系统研究[D]. 潘文英.江南大学 2013
[4]PMSM伺服系统速度环和位置环控制器参数自整定技术[D]. 刘可述.哈尔滨工业大学 2012
[5]交流伺服系统转动惯量实时辨识与控制器研究[D]. 刘涛.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3632502
【文章来源】：江南大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外交流伺服系统发展现状
1.3 交流伺服系统控制策略的国内外研究现状
1.3.1 基于PID控制结构的控制策略
1.3.2 基于非PID控制结构的控制策略
1.4 本文的主要研究内容
第二章 永磁同步电机及自抗扰控制器的数学模型
2.1 永磁同步电机的数学模型
2.1.1 三相静止坐标系下的数学模型
2.1.2 坐标变换
2.1.3 同步旋转坐标系下的数学模型
2.2 永磁同步电机的矢量控制
2.3 自抗扰控制器的数学模型
2.3.1 跟踪微分器
2.3.2 扩张状态观测器
2.3.3 非线性状态误差反馈控制率
2.4 本章小结
第三章 基于改进模型补偿自抗扰的PMSM伺服调速系统
3.1 模型补偿自抗扰控制器原理
3.2 改进的模型补偿自抗扰控制器
3.3 PMSM伺服系统改进模型补偿自抗扰速度控制器的设计
3.4 仿真实验
3.5 本章小结
第四章 PMSM位置伺服系统控制器的优化设计
4.1 PMSM二阶自抗扰位置伺服控制系统
4.1.1 PMSM伺服系统自抗扰位置控制器的设计
4.1.2 自抗扰位置控制器的参数整定分析
4.2 改进的混沌粒子群优化算法
4.2.1 基本粒子群算法原理
4.2.2 混沌初始化种群
4.2.3 参数可调的指数自适应惯性权重
4.2.4 混沌与稳定之间交替运动的位置更新
4.3 基于改进CPSO算法的自抗扰位置伺服系统算法实现
4.3.1 适应度函数
4.3.2 改进CPSO整定自抗扰位置控制器参数的算法流程
4.4 确定改进CPSO算法参数的仿真实验
4.4.1 参数可调的非线性惯性权重中参数确定
4.4.2 适应度函数中参数确定
4.4.3 算法寻优能力对比
4.5 本章小结
第五章 PMSM伺服控制系统性能实验测试分析
5.1 基于改进模型补偿自抗扰的PMSM调速系统性能测试
5.1.1 仿真测试与分析
5.1.2 原型系统中实验测试与分析
5.2 基于改进CPSO算法的PMSM自抗扰位置伺服系统性能测试
5.2.1 实验参数及系统结构
5.2.2 仿真测试与分析
5.3 本章小结
第六章 主要结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于免疫自整定的自抗扰控制研究[J]. 肖静,李大字,靳其兵. 北京化工大学学报(自然科学版). 2016(02)
[2]改进粒子群算法及其在PID整定中的应用[J]. 杨智,陈颖. 控制工程. 2016(02)
[3]多目标自适应混沌粒子群优化算法[J]. 杨景明,马明明,车海军,徐德树,郭秋辰. 控制与决策. 2015(12)
[4]基于惯量辨识PI自整定永磁伺服电机控制[J]. 马立新,范洪成,徐镇乾,黄阳龙,周尚珺玺. 电力科学与工程. 2015(09)
[5]Ahut-Delta并联机构改进混沌粒子群算法尺度综合[J]. 张良安,万俊,谭玉良. 农业机械学报. 2015(08)
[6]PI自整定永磁伺服系统转动惯量的辨识研究[J]. 马立新,徐镇乾,范洪成,黄阳龙. 机电工程. 2015(08)
[7]基于时间尺度的改进型自抗扰控制PMSM参数整定[J]. 刘小斌,张旭,赵洛印,苗雪莲. 自动化技术与应用. 2015(04)
[8]基于改进遗传算法的伺服系统自抗扰控制研究[J]. 周宜然,甘屹,陶益民,张阔峰. 机械工程与自动化. 2015(01)
[9]基于串级自抗扰控制的永磁同步电机位置伺服系统研究[J]. 谢先铭,兰志勇,廖克亮,李虎如,魏雪环. 微电机. 2015(01)
[10]模糊自抗扰控制在永磁同步电机调速系统的应用[J]. 秦帅,张斌,李彬郎. 计算机测量与控制. 2014(10)
博士论文
[1]交流永磁电机伺服系统复合自抗扰控制策略研究[D]. 黄庆.湖南大学 2014
[2]永磁同步直线伺服系统的参数自整定与抗扰动策略研究[D]. 卢少武.华中科技大学 2013
[3]永磁同步电机调速系统控制策略研究[D]. 卢达.浙江大学 2013
[4]一类不确定高阶非线性系统的级联自抗扰控制策略研究[D]. 段慧达.吉林大学 2012
[5]永磁同步电机传动系统的几类非线性控制策略研究及其调速系统的实现[D]. 侯利民.东北大学 2010
硕士论文
[1]受扰永磁同步风力发电机系统速度跟踪控制[D]. 张克兆.扬州大学 2016
[2]永磁同步电机伺服系统抗扰动控制算法研究[D]. 韩秉哲.湖南大学 2014
[3]基于矢量控制的永磁同步电机伺服系统研究[D]. 潘文英.江南大学 2013
[4]PMSM伺服系统速度环和位置环控制器参数自整定技术[D]. 刘可述.哈尔滨工业大学 2012
[5]交流伺服系统转动惯量实时辨识与控制器研究[D]. 刘涛.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3632502
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3632502.html
