【摘要】：隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能制造的發(fā)展,電動(dòng)缸這種機(jī)電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其作為伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)往往是決定系統(tǒng)性能的核心關(guān)鍵。而伺服電動(dòng)缸性能又由其內(nèi)部的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)決定,這也是其他伺服設(shè)備的普遍特點(diǎn),因此,本文的研究成果將具備很好的可推廣性。本文針對(duì)伺服電動(dòng)缸系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中復(fù)雜工況下存在的多種非期望因素干擾等問題,結(jié)合電動(dòng)缸伺服控制系統(tǒng)所需的高位置精度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、高抗擾性等性能要求,對(duì)用于電動(dòng)缸的永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。本文基于控制理論與控制工程的發(fā)展現(xiàn)狀,探討偏向工程控制算法的自抗擾控制策略在電動(dòng)缸伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用,設(shè)計(jì)了一種基于廣義誤差跟蹤的位置、速度環(huán)自抗擾控制器。對(duì)傳統(tǒng)的位置、速度環(huán)結(jié)合的自抗擾控制器進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化,解決其速度不可控的問題。著眼于整個(gè)系統(tǒng),利用奇異攝動(dòng)理論把系統(tǒng)按照時(shí)間尺度分為快、慢時(shí)標(biāo)兩個(gè)子系統(tǒng),采用PI控制器構(gòu)建快速電流回路系統(tǒng)內(nèi)環(huán),且用系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)參數(shù)替代穩(wěn)態(tài)參數(shù)。外環(huán)控制器以控制量跟蹤誤差為直接切入點(diǎn),設(shè)計(jì)一種高增益線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器用于位置、速度和擾動(dòng)的精準(zhǔn)觀測(cè)。同時(shí),借鑒模型參考的思想,建立一個(gè)理想目標(biāo)系統(tǒng),通過把實(shí)際系統(tǒng)與理想目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比得出反饋控制律,從而對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)軌跡進(jìn)行塑造,改進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)自抗擾控制器中由于其非線性而導(dǎo)致參數(shù)過多、整定困難,難以在實(shí)際工程中應(yīng)用的問題。結(jié)合本文電動(dòng)缸系統(tǒng)實(shí)際復(fù)雜工況下負(fù)載不確定性和時(shí)變性的特點(diǎn),在自抗擾控制策略這種模型無(wú)關(guān)的工程控制算法中加入基于模型信息的補(bǔ)償環(huán)節(jié),通過轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的辨識(shí)補(bǔ)償,降低擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的觀測(cè)難度,增強(qiáng)其對(duì)剩余非期望因素?cái)_動(dòng)的觀測(cè)能力,提高系統(tǒng)抗干擾性能。除此之外,針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中死區(qū)效應(yīng)導(dǎo)致電流畸變和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低電機(jī)低速性能,進(jìn)而影響伺服跟蹤精度的問題,本文采用平均誤差電壓補(bǔ)償法進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償,提高伺服跟蹤精度。最后,本文對(duì)所提的控制算法進(jìn)行MATLAB仿真測(cè)試,以及搭建電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文伺服系統(tǒng)控制算法的可行性和有效性,并且滿足預(yù)期需要的伺服性能指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM341
【圖文】：

NC+-NC1234 5678VCCVEGNDVO6N137412216710816351113G2Y4Y3YVCC1YAM26LS32ACN1A2A3AGND9144A15G4B3B2B1BA+A-B+B-Z+Z-P5VC65 0.01uFDGND1P5VR69510P5VC66 0.01uFDGNDR705.1kDGND12345671413121110981A6Y4Y5Y4A5AVcc6ASN74LS04N1Y2A2Y3A3YGNDDGNDQEPA圖 5-7 編碼器反饋信號(hào)處理電路.5 系統(tǒng)整體硬件實(shí)物平臺(tái)基于上述各部分主要電路的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)電路板設(shè)計(jì)與制作完如圖 5-8 所示，其中整流橋和功率開關(guān)器件安裝在電路板下面的散熱片

搭建的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)硬件實(shí)物平臺(tái)如圖 5-9 所示，其中圖5-9 (a)為系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)電路和控制電路，圖 5-9 (b)為實(shí)驗(yàn)電機(jī)和負(fù)載電機(jī)。實(shí)驗(yàn)電機(jī)通過圖 5-9 (a)的硬件電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，負(fù)載電機(jī)由現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)器控制用于加載。(a) 伺服系統(tǒng)硬件電路板 (b) 實(shí)驗(yàn)電機(jī)和負(fù)載電機(jī)圖 5-9 伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)5.3 軟件編程由于本課題硬件設(shè)計(jì)中采用的控制器是 TMS320F28335 DSP，因此需要在該控制器的軟件開發(fā)平臺(tái) CCS 中進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)本文提出的控制算法。本課題采用模塊化編程的方式進(jìn)行控制程序的編寫，先把每個(gè)功能模塊編寫為子程序，再通過主程序進(jìn)行調(diào)用，使得整個(gè)程序結(jié)構(gòu)清晰，方便調(diào)試與修改。設(shè)計(jì)的主程序流程如圖 5-10 所示。系統(tǒng)上電后，先進(jìn)行一系列的初始化工作，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、中斷、寄存器、外設(shè)接口、子程序參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置，初始化程序保證了后需控制程序運(yùn)行的準(zhǔn)確性和有效性。初始化完成后開啟中斷并執(zhí)行空操作等待，為進(jìn)入循環(huán)定時(shí)中斷執(zhí)?

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本文編號(hào)：2784931