【摘要】：本文提出了一種結(jié)合卡爾曼濾波器與最小二乘法的參數(shù)辨識方法,解決了稀疏采樣的無刷直流電機拖動系統(tǒng)精確建模的難點。面向新型灰箱模型,本文提出了一種新型的切換自校正控制方案,解決了自校正控制系統(tǒng)在初次運行時控制效果差的難點。建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型是實現(xiàn)高性能控制系統(tǒng)的第一步。在被控對象模型參數(shù)未知情況下,通常采用經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀Ｔ跊]有測速傳感器的情況下,由于所估算的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)不夠精確給建模過程帶來了困難與挑戰(zhàn)。本文利用卡爾曼濾波器重構(gòu)了較為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),利用遞推最小二乘法進行參數(shù)在線辨識,得到無刷直流電機拖動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。而后根據(jù)數(shù)學(xué)模型提出了一種新型的切換自校正控制方案。實驗表明所提到的建模方法能夠為稀疏采樣的無刷直流電機拖動系統(tǒng)建立精確的數(shù)學(xué)模型,模型誤差的均方值會下降3倍。實驗也驗證了,所設(shè)計的新型切換自校正控制器較未改進自校正控制器有著更優(yōu)良的控制效果,使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的調(diào)節(jié)時間下降到原先的1/2。本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:1.本文自主設(shè)計了一個汽車線束纏繞工藝自動化設(shè)備平臺。設(shè)備平臺能夠進行電機拖動實驗與數(shù)據(jù)傳輸。在開發(fā)設(shè)備平臺時,工程技術(shù)上的創(chuàng)新點有:提出一種應(yīng)用定時器實現(xiàn)簡單操作系統(tǒng)的方法,對于低性能的CPU也能夠?qū)崿F(xiàn)多線程編程。改進了一種溫度滯環(huán)保護算法,能有效抑制執(zhí)行器頻繁的動作。提出了一種全新的通信格式,避免由于固定幀頭造成的錯包問題,并且也降低了通信流量。2.從工程實際問題中提煉出學(xué)術(shù)問題。工程實際中,由于安裝空間或經(jīng)濟性能等,在電機拖動系統(tǒng)中沒有使用測速傳感器,無法采集到在線運行數(shù)據(jù)進行動態(tài)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)辨識,所以無法建立精確的傳遞函數(shù)或狀態(tài)空間模型。將工程問題提煉成面向無刷直流電機拖動系統(tǒng)的稀疏采樣建模問題。3.針對無刷直流電機拖動系統(tǒng)的稀疏采樣建模問題,本文提出一種結(jié)合卡爾曼濾波器與最小二乘法相結(jié)合的參數(shù)辨識方法。將霍爾位置傳感器計算出的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與輔助模型估計出的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)結(jié)合起來,利用卡爾曼濾波器估計出最優(yōu)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),而后利用最小二乘法進行參數(shù)辨識,得到被控對象的模型。實驗表明,所提出建模方法能夠提高建模精度,模型誤差的均方差會下降3倍。4.面向新型灰箱模型,針對自校正控制器在初始運行時控制效果差的問題,本文提出了一種新型的切換自校正控制方案,結(jié)合了 PID控制器、極點配置控制器與自校正PID控制器的優(yōu)點,使系統(tǒng)在整個運行過程中都能有優(yōu)良的控制效果。實驗表明,所提出的切換自校正控制器能夠提升系統(tǒng)的性能指標(biāo),使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的調(diào)節(jié)時間下降到為原先的1/2。
【圖文】：

２．２新型機電實驗裝備的總體設(shè)計逡逑本文自主設(shè)計了一個汽車線束纏繞工藝自動化設(shè)備平臺。整個實驗平臺可以分為四大部逡逑分，，分別是動力部分、負載部分、控制部分與通信部分。整個實驗平臺如下圖２．２所示。其逡逑中，線束纏繞機是整個系統(tǒng)的動力單元；磁粉制動器是負載部分；控制部分包括纏繞機的控逡逑制與磁粉制動器的控制部分；通信部分包括纏繞機中的人機交互、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元與磁粉制動逡逑器的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元，其功能主要是使纏繞機的狀態(tài)變量與磁粉制動器控制器進行通信，形成逡逑協(xié)同控制。通信部分還有一個功能是將數(shù)據(jù)上傳到上位機進行數(shù)據(jù)的進一步分析與故障診斷。逡逑整個實驗平臺的框圖如下圖２．１所示。整個實驗平臺一共包括兩塊電路板，其中主控板逡逑上主要包括無刷直流電機的驅(qū)動電路、數(shù)字控制器電路、數(shù)據(jù)通信電路與人機交互電路。輔逡逑助控制電路板上主要包括磁粉制動器電流控制器電路、纏繞機開關(guān)控制電路與數(shù)據(jù)通信電路。逡逑Ｉ邐逡逑Ｉ邐１邐邐邋邐逡逑Ｉ邋邐＇逡逑Ｉ邐自校正控制器一｜－逡逑Ｉ邋邐邋邋邋１逡逑．邐邋；逡逑！邋｜人機交互單元｜—＾邋（電Ｓ系統(tǒng)）—逡逑Ｉ邐｜逡逑Ｉ邋邐邋＞逡逑１邐數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元一１－逡逑Ｉ邋邐逡逑Ｉ邐■邐——邐｜——Ｈ逡逑Ｉ邐＊逡逑Ｌ邋＿邋主控電路板—＿丨邐邐［ｚｔＬ邐ｚｚ．－逡逑￣￣邋￣邋￣邋￣邋￣邋￣￣￣邋＂；逡逑１邐Ｉ逡逑開關(guān)控制器邐電流控制器邐數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元邐Ｉ逡逑Ｉ逡逑Ｉ邋邐邋邐ＩＩ邐，逡逑Ｉ逡逑Ｉ邋邋邐邋邐邋輔助控制電ｊ逡逑圖２．１實驗平臺示意圖逡逑實驗系統(tǒng)的工作原理為：以汽車線束纏繞機為動力單元

控制系統(tǒng)的影響。通信部分則是負責(zé)把實驗數(shù)據(jù)上傳到上位機，以便更好的監(jiān)控實驗系統(tǒng)。逡逑１－磁粉制動器；２－汽車線束纏繞機；３－輔助控制電路；４－主控電路（在內(nèi)部）逡逑圖２．２實驗平臺實物圖逡逑２．２．１無刷直流電機拖動系統(tǒng)——汽車線束纏繞機逡逑汽車線束纏繞機是本文研究無刷直流電機拖動系統(tǒng)的一個具體案例。汽車線束纏繞機的逡逑功能是將汽車線束包裹上絕緣膠帶或者阻燃材料、電磁屏蔽材料等。線束纏繞機的硬件結(jié)構(gòu)逡逑框圖如圖２．３所示。邋邐逡逑ＨＳｈ邋，邐運行狀Ｈ上位p和ㄑ跺義瞎┯捎懾危掊危五五五�！辶x希灣蔚縲拇颪＇一邐，繼電器驅(qū)逡逑ｉｓ｜ｉ逡逑口電路邐邐ｋ邋＾邐——逡逑＿邐邐＾三相全邐邐無刷直逡逑—邐—？橋電路邐流電機逡逑測電路電路板逡逑邐霍爾檢（轉(zhuǎn)子位置信號邐逡逑測電路逡逑圖２．３汽車線束纏繞機硬件結(jié)構(gòu)圖逡逑汽車線束纏繞機傳動部分工作原理為：無刷直流電機與主動輪同軸連接，主動輪通過齒逡逑輪皮帶與從動輪連接，從動齒輪通過齒輪皮帶、張緊輪與工作旋轉(zhuǎn)機頭連接，進而拖動工作逡逑機頭旋轉(zhuǎn)進行工作。無刷直流電機采用的是瑞士的ＭＡＸＯＮ邋Ｆｌａｔ邋Ｍｏｔｏｒ邋２５１６０１無刷直流電機，逡逑如圖２．４所示。逡逑８逡逑
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM33;TP273

【參考文獻】

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本文編號：2685647