發(fā)布時(shí)間：2017-06-03 15:05

  本文關(guān)鍵詞：基于自抗擾控制器的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Machine,簡(jiǎn)稱(chēng)PMSM)具有功率因數(shù)高、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格合適等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域,但PMSM也是一個(gè)非線(xiàn)性、參數(shù)攝動(dòng)、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng),對(duì)控制算法要求較高。然而,現(xiàn)代控制算法的控制性能往往過(guò)多依賴(lài)于精確的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)典控制算法又難以獲得很高的伺服性能。作為一種新型的非線(xiàn)性控制器,自抗擾控制技術(shù)(Active Disturbance Rejection Control,簡(jiǎn)稱(chēng)ADRC)既綜合了經(jīng)典PID控制器的優(yōu)點(diǎn),又融入了現(xiàn)代控制理論的設(shè)計(jì)方法。本文針對(duì)PMSM矢量控制系統(tǒng)的抗擾性能和控制精度問(wèn)題,將ADRC應(yīng)用于永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng),有效地提高了伺服系統(tǒng)性能。本文首先基于矢量坐標(biāo)變換與電壓空間矢量的定義,建立了永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。在磁場(chǎng)定向控制策略下,以id=0作為轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流的控制方式,搭建了速度、電流雙閉環(huán)PMSM矢量控制系統(tǒng)仿真模型,為ADRC控制器與PI控制器提供仿真平臺(tái)。然后,引出ADRC技術(shù),以克服PID控制中快速性與超調(diào)量之間的矛盾,解決抗擾能力不足和控制精度不高這些問(wèn)題。通過(guò)介紹ADRC控制器的組成結(jié)構(gòu)和工作原理以及理論分析與仿真佐證,從理論的角度說(shuō)明了ADRC可以提高PMSM控制系統(tǒng)性能的可行性,為后面的計(jì)算機(jī)仿真打下基礎(chǔ)。此后,為驗(yàn)證ADRC控制系統(tǒng)無(wú)超調(diào)控制、抗擾能力強(qiáng)和控制精度高的特征,本文在MATLAB\Simulink環(huán)境下將ADRC和PI控制器分別應(yīng)用于PMSM交流調(diào)速系統(tǒng),并進(jìn)行了空載啟動(dòng),帶載啟動(dòng),突然加、減常值負(fù)載,加減速、正反轉(zhuǎn)和突加隨機(jī)負(fù)載擾動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明：在ADRC控制系統(tǒng)中,擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器起到了準(zhǔn)確觀測(cè)系統(tǒng)擾動(dòng)的作用,并通過(guò)擾動(dòng)補(bǔ)償環(huán)節(jié)有效減小了擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。與PI控制系統(tǒng)相比,基于ADRC算法的PMSM調(diào)速系統(tǒng)的速度響應(yīng)不僅具有更佳的抗擾性能和更高的控制精度,而且在無(wú)超調(diào)的前提下實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)。最后,在完成理論研究和仿真驗(yàn)證基礎(chǔ)上,本文構(gòu)建了一個(gè)基于TMS320F28335的高性能永磁同步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。詳細(xì)闡述了系統(tǒng)中各部分的軟、硬件設(shè)計(jì),并在不同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行了深入分析與比較。本文的研究證實(shí)了在PMSM調(diào)速系統(tǒng)中,ADRC控制器不僅可以直接替代PI控制器,而且能夠取得更優(yōu)的控制性能,為進(jìn)一步將ADRC算法應(yīng)用于實(shí)際工程打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：自抗擾控制器 永磁同步電機(jī) PlD控制器 TMS320F28335 矢量控制
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM341;TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 課題來(lái)源14
• 1.2 永磁同步電機(jī)簡(jiǎn)介14
• 1.3 永磁同步電機(jī)控制策略14-15
• 1.4 永磁同步電機(jī)控制算法國(guó)內(nèi)外研究概況15-17
• 1.4.1 現(xiàn)代控制理論的引入15-16
• 1.4.2 人工智能技術(shù)的應(yīng)用16-17
• 1.4.3 無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)17
• 1.5 本課題研究意義及主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.5.1 本課題研究意義17-18
• 1.5.2 本文主要研究?jī)?nèi)容18
• 1.6 本章小結(jié)18-19
• 第二章 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型及矢量控制仿真模型19-36
• 2.1 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型及其矢量坐標(biāo)變換19-23
• 2.1.1 常用坐標(biāo)系和坐標(biāo)變換20-21
• 2.1.2 不同坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型21-23
• 2.2 永磁同步電機(jī)電壓空間矢量控制23-30
• 2.2.1 空間矢量定義23-24
• 2.2.2 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系24-25
• 2.2.3 三相逆變器與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生25-26
• 2.2.4 電壓空間矢量控制實(shí)現(xiàn)26-30
• 2.3 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真研究30-35
• 2.3.1 i_(?)=0控制策略下伺服系統(tǒng)工作原理30-31
• 2.3.2 速度、電流雙閉環(huán)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)31-32
• 2.3.3 各功能模塊搭建32-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 永磁同步電機(jī)自抗擾控制系統(tǒng)仿真研究36-57
• 3.1 PID控制技術(shù)簡(jiǎn)介36-38
• 3.1.1 PID控制器基本形式36-37
• 3.1.2 PID控制器優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)方法37-38
• 3.2 自抗擾控制技術(shù)38-45
• 3.2.1 跟蹤微分器39-40
• 3.2.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器40-43
• 3.2.3 非線(xiàn)性誤差反饋控制律43
• 3.2.4 擾動(dòng)估計(jì)的補(bǔ)償43-44
• 3.2.5 自抗擾控制器參數(shù)調(diào)整規(guī)律44-45
• 3.3 永磁同步電機(jī)自抗擾控制器設(shè)計(jì)45-48
• 3.3.1 速度環(huán)ADRC控制器設(shè)計(jì)45-46
• 3.3.2 電流環(huán)ADRC控制器設(shè)計(jì)46-48
• 3.4 速度、電流雙閉環(huán)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真48-50
• 3.4.1 基于PI算法的雙閉環(huán)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真48-49
• 3.4.2 基于ADRC算法的雙閉環(huán)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真49-50
• 3.5 ADRC和PI控制系統(tǒng)運(yùn)行性能分析50-56
• 3.5.1 空載啟動(dòng)及突加常值負(fù)載性能分析50-52
• 3.5.2 帶負(fù)載啟動(dòng)性能分析52-54
• 3.5.3 加減速、正反轉(zhuǎn)性能分析54-55
• 3.5.4 抗擾性能分析55-56
• 3.6 本章小結(jié)56-57
• 第四章 永磁同步電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)57-74
• 4.1 系統(tǒng)硬件概述57-63
• 4.1.1 TMS320F28335芯片簡(jiǎn)介57
• 4.1.2 電機(jī)選型57-58
• 4.1.3 電流采樣電路58-59
• 4.1.4 編碼器接口電路59-61
• 4.1.5 故障檢測(cè)及處理電路61-63
• 4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)63-73
• 4.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖63-65
• 4.2.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)65-66
• 4.2.3 電流采樣子程序設(shè)計(jì)66-69
• 4.2.4 速度測(cè)量子程序設(shè)計(jì)69-71
• 4.2.5 ADRC控制器程序設(shè)計(jì)71-73
• 4.3 本章小結(jié)73-74
• 第五章 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)試及實(shí)驗(yàn)分析74-83
• 5.1 系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建74-75
• 5.2 開(kāi)發(fā)環(huán)境和控制器參數(shù)設(shè)置75-77
• 5.3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析77-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 總結(jié)與展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文89-91
• 致謝91-92
• 附錄一92-93
• 附錄二93-95

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于自抗擾控制器的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：418460