【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(shí)方法,解決了稀疏采樣的無刷直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)精確建模的難點(diǎn)。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(yùn)行時(shí)控制效果差的難點(diǎn)。建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)高性能控制系統(tǒng)的第一步。在被控對(duì)象模型參數(shù)未知情況下,通常采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。在沒有測(cè)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(jìn)行參數(shù)在線辨識(shí),得到無刷直流電機(jī)拖動(dòng)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(shí)驗(yàn)表明所提到的建模方法能夠?yàn)橄∈璨蓸拥臒o刷直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)建立精確的數(shù)學(xué)模型,模型誤差的均方值會(huì)下降3倍。實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了,所設(shè)計(jì)的新型切換自校正控制器較未改進(jìn)自校正控制器有著更優(yōu)良的控制效果,使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間下降到原先的1/2。本文的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.本文自主設(shè)計(jì)了一個(gè)汽車線束纏繞工藝自動(dòng)化設(shè)備平臺(tái)。設(shè)備平臺(tái)能夠進(jìn)行電機(jī)拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)傳輸。在開發(fā)設(shè)備平臺(tái)時(shí),工程技術(shù)上的創(chuàng)新點(diǎn)有:提出一種應(yīng)用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)的方法,對(duì)于低性能的CPU也能夠?qū)崿F(xiàn)多線程編程。改進(jìn)了一種溫度滯環(huán)保護(hù)算法,能有效抑制執(zhí)行器頻繁的動(dòng)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(cuò)包問題,并且也降低了通信流量。2.從工程實(shí)際問題中提煉出學(xué)術(shù)問題。工程實(shí)際中,由于安裝空間或經(jīng)濟(jì)性能等,在電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中沒有使用測(cè)速傳感器,無法采集到在線運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)辨識(shí),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(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的稀疏采樣建模問題。3.針對(duì)無刷直流電機(jī)拖動(dòng)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(shí)方法。將霍爾位置傳感器計(jì)算出的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與輔助模型估計(jì)出的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)結(jié)合起來,利用卡爾曼濾波器估計(jì)出最優(yōu)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),而后利用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí),得到被控對(duì)象的模型。實(shí)驗(yàn)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(huì)下降3倍。4.面向新型灰箱模型,針對(duì)自校正控制器在初始運(yùn)行時(shí)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(diǎn)配置控制器與自校正PID控制器的優(yōu)點(diǎn),使系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行過程中都能有優(yōu)良的控制效果。實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)響應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間下降到為原先的1/2。
【圖文】：

２．２新型機(jī)電實(shí)驗(yàn)裝備的總體設(shè)計(jì)逡逑本文自主設(shè)計(jì)了一個(gè)汽車線束纏繞工藝自動(dòng)化設(shè)備平臺(tái)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以分為四大部逡逑分，，分別是動(dòng)力部分、負(fù)載部分、控制部分與通信部分。整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如下圖２．２所示。其逡逑中，線束纏繞機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力單元；磁粉制動(dòng)器是負(fù)載部分；控制部分包括纏繞機(jī)的控逡逑制與磁粉制動(dòng)器的控制部分；通信部分包括纏繞機(jī)中的人機(jī)交互、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元與磁粉制動(dòng)逡逑器的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元，其功能主要是使纏繞機(jī)的狀態(tài)變量與磁粉制動(dòng)器控制器進(jìn)行通信，形成逡逑協(xié)同控制。通信部分還有一個(gè)功能是將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析與故障診斷。逡逑整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的框圖如下圖２．１所示。整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)字控制器電路、數(shù)據(jù)通信電路與人機(jī)交互電路。輔逡逑助控制電路板上主要包括磁粉制動(dòng)器電流控制器電路、纏繞機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖逡逑實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理為：以汽車線束纏繞機(jī)為動(dòng)力單元

控制系統(tǒng)的影響。通信部分則是負(fù)責(zé)把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，以便更好的監(jiān)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。逡逑１－磁粉制動(dòng)器；２－汽車線束纏繞機(jī)；３－輔助控制電路；４－主控電路（在內(nèi)部）逡逑圖２．２實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖逡逑２．２．１無刷直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)——汽車線束纏繞機(jī)逡逑汽車線束纏繞機(jī)是本文研究無刷直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)具體案例。汽車線束纏繞機(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)逡逑測(cè)電路電路板逡逑邐霍爾檢（轉(zhuǎn)子位置信號(hào)邐逡逑測(cè)電路逡逑圖２．３汽車線束纏繞機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖逡逑汽車線束纏繞機(jī)傳動(dòng)部分工作原理為：無刷直流電機(jī)與主動(dòng)輪同軸連接，主動(dòng)輪通過齒逡逑輪皮帶與從動(dòng)輪連接，從動(dòng)齒輪通過齒輪皮帶、張緊輪與工作旋轉(zhuǎn)機(jī)頭連接，進(jìn)而拖動(dòng)工作逡逑機(jī)頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行工作。無刷直流電機(jī)采用的是瑞士的ＭＡＸＯＮ邋Ｆｌａｔ邋Ｍｏｔｏｒ邋２５１６０１無刷直流電機(jī)，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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM33;TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2685647