本文選題：交流伺服系統(tǒng) + 交流永磁同步電機�。� 參考：《湖南大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：隨著永磁材料性能的不斷提高和完善以及電力電子元件的進一步發(fā)展和改進,稀土永磁電機伺服系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)進入一個新階段。交流永磁電機伺服系統(tǒng)在軍民兩用裝備及生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,同時軍用裝備、印刷機械、數(shù)控機床、民用自動生產(chǎn)線等領(lǐng)域也對伺服系統(tǒng)中的動態(tài)響應(yīng)速度、位置跟蹤精度、抗擾動能力以及穩(wěn)態(tài)誤差等關(guān)鍵性能提出了更高的要求,運用新型的現(xiàn)代控制理論與工程技術(shù)相結(jié)合,來提高交流伺服電機系統(tǒng)的控制性能有著重要的學(xué)術(shù)研究意義和實際應(yīng)用價值�，F(xiàn)代控制理論已經(jīng)歷了60多年的發(fā)展,而自抗擾控制技術(shù)(ADRC)作為一類非線性控制技術(shù)盡管才歷時20多年的進步,但對于交流永磁伺服電機這類非線性、強耦合、參數(shù)時變的系統(tǒng)來說,相比于PID控制系統(tǒng),ADRC能夠更好的滿足伺服系統(tǒng)高性能的需要,實現(xiàn)良好的控制性能。自抗擾控制器結(jié)構(gòu)嚴謹,易于數(shù)字化實現(xiàn),從理論發(fā)展的初期就能很好的與電機控制技術(shù)相結(jié)合。 因此,本文以項目需求為背景,以自主研制的1.82kW.11.3kW和17.3kW三種規(guī)格的交流永磁同步電動機作為控制對象,搭建了實際的高性能控制實驗平臺,提出了復(fù)合自抗擾的非線性控制優(yōu)化算法,使得ADRC技術(shù)能夠更好的在新型高性能交流永磁伺服電機系統(tǒng)產(chǎn)品中應(yīng)用。本文的主要工作及創(chuàng)新性成果有： 1、首先介紹了課題的研究背景和意義,對交流伺服技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了綜述,重點介紹了PID與自抗擾控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊與自適應(yīng)控制、復(fù)合控制作為交流永磁伺服電機驅(qū)動控制策略在實際中的應(yīng)用及控制中存在的關(guān)鍵技術(shù)問題。其次,建立了電機的數(shù)學(xué)模型及采用矢量控制的基本方法,并研究了傳統(tǒng)PID控制與自抗擾控制在實際伺服電機交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用,通過仿真及實驗的對比,進一步驗證了ADRC控制技術(shù)作為一類新型的非線性PID控制算法在交流伺服調(diào)速系統(tǒng)中的具有更好的調(diào)速穩(wěn)定性能,提高了整體系統(tǒng)的魯棒性。 2、將滑�？刂婆c自抗擾控制技術(shù)相結(jié)合,提出了滑模自抗擾(SM-ADRC)復(fù)合控制策略來提高交流永磁伺服電機控制系統(tǒng)的變頻調(diào)速性能。首先,對于非線性擴張狀態(tài)觀測器(ESO)和非線性狀態(tài)誤差反饋控制律(NLSEF)參數(shù)運用滑模變結(jié)構(gòu)算法解決參數(shù)整定的問題,對于跟蹤微分器(TD)采用了最速離散函數(shù),設(shè)計出速度電流環(huán)的二階滑模自抗擾控制器,以增強系統(tǒng)的抗擾動的能力,并對直軸電流輸出方程進行分析,提出了一種新的電流環(huán)滑模自抗擾控制方案,經(jīng)仿真和實驗驗證,相比于典型的ADRC調(diào)速系統(tǒng),改進后的SM-ADRC速度控制系統(tǒng)具有更優(yōu)良的控制性能,提高了伺服電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能和魯棒性,驗證了改進算法的有效性。 3、針對交流永磁伺服電機位置控制系統(tǒng),以轉(zhuǎn)子位置信號作為二階自抗擾控制器的反饋信號,結(jié)合該自抗擾控制器中ESO的各階狀態(tài)變量估計與TD產(chǎn)生的各階微分之間的誤差,運用模糊控制理論對NLSEF的參數(shù)進行整定調(diào)節(jié),最終對總擾動進行補償,實現(xiàn)交流永磁伺服電機系統(tǒng)位置環(huán)的模糊自抗擾控制(Fuzzy-ADRC)高精度控制。經(jīng)仿真和實驗驗證,改進后的Fuzzy-ADRC系統(tǒng)與典型ADRC系統(tǒng)相比較,具有更好的控制效果,為ADRC的參數(shù)優(yōu)化提供一條新的路徑,實驗結(jié)果驗證了改進算法的正確性。 4、為減輕ADRC的ESO估計擾動并進行補償?shù)呢摀?dān),用控制系統(tǒng)的模型補償部分對負載擾動及轉(zhuǎn)動慣量進行辨識,得到了具有實際補償價值的擾動模型并引入到線性擴張狀態(tài)觀測器(LESO),并采用離散最速反饋控制函數(shù)(fhan函數(shù))解決NLSEF參數(shù)優(yōu)化的問題,優(yōu)化了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu),使得系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力增強,速度控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能更好。通過仿真和實驗的驗證,模型補償優(yōu)化ADRC控制策略用于速度驅(qū)動系統(tǒng)具有更快速的動態(tài)響應(yīng)能力、轉(zhuǎn)矩脈動更小、對負載及系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化具有很強的抗擾動能力,為該控制技術(shù)能夠運用到高性能伺服調(diào)速控制領(lǐng)域奠定了良好的基礎(chǔ)。 5、本文搭建了1.82kW、11.3kW和17.3kW三種規(guī)格的交流永磁伺服電機高性能控制實驗平臺,將所研究的SM-ADRC、Fuzzy-ADRC以及模型補償優(yōu)化ADRC等復(fù)合自抗擾控制策略分別在三種規(guī)格的伺服控制系統(tǒng)中完成實際的加載和控制響應(yīng)實驗,并用相關(guān)儀器記錄了調(diào)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù),對于典型的ADRC系統(tǒng)與復(fù)合ADRC系統(tǒng)進行對比驗證,以實驗結(jié)果來驗證相關(guān)分析的正確性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM351

【參考文獻】

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本文編號：2098049