永磁同步電機具有轉矩脈動小、效率高、轉矩慣量比大等優(yōu)點,在交流調速系統中得到了越來越廣泛的應用。而實際工況下永磁同步電機存在的負載突變、參數攝動等干擾以低速摩擦等特性使得傳統的PI控制難以保證最優(yōu)的伺服控制性能,因而越來越多的先進控制算法被應用到伺服系統中。本文的主要工作包括將工業(yè)過程領域中應用非常成熟的模型預測控制思想應用到永磁同步電機調速系統中,通過模型預測控制的滾動優(yōu)化得到對應綜合性能指標下的最優(yōu)控制序列。并針對實際工況下強擾動和低速摩擦情況,分別設計了基于GPIO的模型預測控制、基于摩擦模型的模型預測控制用以提升電機在不同復雜工況下的性能。論文首先介紹了當前交流調速系統的發(fā)展概況、交流調速系統的幾種主要控制算法的特點、永磁同步電機的數學模型以及基于矢量控制的永磁同步電機調速系統的實現方案。接著介紹了模型預測控制方法原理,并針對永磁同步電機調速系統設計了速度環(huán)模型預測控制器,對其參數調整規(guī)律和控制性能進行了仿真和實驗研究。然后針對強擾動工況下電機負載突變以及參數攝動等特點,研究了基于GPIO的速度環(huán)模型預測控制的設計與仿真,仿真結果表明該設計相對常規(guī)模型預測控制具有更強的抗擾動性能。最后考慮到數控機床、工業(yè)機器人等高精度伺服應用場合中摩擦帶來的性能下降,提出了基于摩擦模型的速度環(huán)模型預測控制,通過離線辨識Stribeck摩擦模型,在線補償預測模型輸出。仿真結果表明有效改善了伺服系統低速情況下的位置跟蹤“平頂”現象和速度“死區(qū)”現象。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM341
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 交流伺服電機的主要控制策略和算法
        1.2.1 交流伺服電機主要控制策略
        1.2.2 交流伺服電機主要控制算法
    1.3 永磁同步電機的模型預測控制研究
        1.3.1 基于線性模型預測算法
        1.3.2 基于非線性模型預測算法
    1.4 本論文的工作和內容安排
第二章 永磁同步電機調速系統原理
    2.1 引言
    2.2 永磁同步電機基本結構
    2.3 永磁同步電機數學模型
        2.3.1 永磁同步電機在三相靜止坐標系下的數學模型
        2.3.2 永磁同步電機在旋轉坐標系下的數學模型
    2.4 永磁同步電機矢量控制系統
    2.5 小結
第三章 永磁同步電機速度環(huán)模型預測控制的設計與實現
    3.1 引言
    3.2 模型預測控制方法原理
    3.3 永磁同步電機速度環(huán)模型預測器的設計
        3.3.1 預測模型
        3.3.2 反饋校正
        3.3.3 滾動優(yōu)化
    3.4 速度環(huán)MPC的仿真結果分析
        3.4.1 參數調節(jié)規(guī)律測試
        3.4.2 不同速度給定下性能測試
    3.5 速度環(huán)MPC的實驗結果分析
    3.6 小結
第四章 基于GPIO的永磁同步電機模型預測控制
    4.1 引言
    4.2 GPIO介紹
    4.3 基于GPIO的永磁同步電機速度環(huán)模型預測控制設計
        4.3.1 速度環(huán)GPIO設計及仿真
        4.3.2 基于GPIO的速度環(huán)MPC控制器設計
    4.4 基于GPIO的速度環(huán)MPC仿真結果與分析
    4.5 小結
第五章 基于摩擦模型的永磁同步電機模型預測控制
    5.1 引言
    5.2 摩擦常見模型
        5.2.1 經典靜態(tài)摩擦模型
        5.2.2 動態(tài)摩擦模型
    5.3 摩擦參數辨識
        5.3.1 Stribeck模型分段線性化
        5.3.2 最小二乘辨識基本原理
        5.3.3 摩擦模型辨識分析
    5.4 基于摩擦模型的永磁同步電機模型預測控制
    5.5 基于摩擦模型的速度環(huán)MPC仿真結果與分析
        5.5.1 位置環(huán)的測試
        5.5.2 速度環(huán)的測試
    5.6 小結
第六章 結束語
致謝
參考文獻
作者在學期間科研成果

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本文編號：2853663