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交流伺服系统的滑模变结构控制

作　者: 汪海波
导　师: 周波
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 交流伺服系统 永磁同步电机 滑模变结构控制 趋近律 鲁棒性
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 107次
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内容摘要


随着科学技术的发展,交流伺服系统得到了越来越广泛的应用,对交流伺服技术的研究无疑具有很重要的实际意义和价值。交流伺服系统综合了材料技术、电机设计、传感器技术、微电子技术、功率变换技术、现代控制技术和计算机数字通信技术等多学科的成果,代表着当代伺服技术的发展方向。滑模变结构控制中的滑动模态可以进行设计,且滑模控制具有对系统参数变化和负载扰动不敏感,具有鲁棒性好、响应速度快及容易实现等优点。将滑模变结构控制应用于交流永磁同步电机伺服系统的控制中,有望设计出高性能的伺服控制器,因而研究滑模变结构控制在永磁同步电机伺服控制中的应用具有一定的实际意义。抖振问题是滑模控制实际应用的主要障碍,是影响滑模变结构技术发展的主要难点之一。趋近律滑模控制是有效削弱滑模控制中抖振问题的方法之一,可以有效地提高系统正常运动段的品质,且求取控制率更加简单。因此,本文研究趋近律滑模控制在永磁同步电机伺服控制中的应用。本文首先分析了永磁同步电机矢量控制的原理和特点,选取了基于id=0的转子磁场定向控制方式,确立了基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的伺服控制系统实施方案,并在Matlab/Simulink中建立了永磁同步电机伺服控制系统的仿真模型,初步验证了该控制方案的可行性。针对交流伺服驱动系统中当系统负载扰动较大时,传统的PID调节方法难以得到满意的控制性能,设计了一种基于趋近律的滑模控制器,并将此控制器用于永磁同步电机伺服系统的速度和位置控制。仿真和实验结果验证了此策略的正确性,与PID控制的对比结果证明了趋近律的滑模控制器可以提高系统的快速性和鲁棒性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-19
  1.1 交流伺服系统介绍  12-15
    1.1.1 交流伺服系统的发展  12-13
    1.1.2 交流伺服系统的控制策略  13-15
  1.2 滑模变结构控制  15-17
    1.2.1 滑模变结构控制理论的提出与发展  15-16
    1.2.2 滑模变结构在交流伺服系统中的应用  16-17
  1.3 论文的主要研究内容  17-19
第二章 永磁同步电机伺服系统及矢量控制技术  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 永磁同步电机的基本结构与类型  19
  2.3 永磁同步电机的基本方程  19-20
  2.4 永磁同步电机数学模型与坐标变换  20-22
  2.5 永磁同步电机的矢量控制  22-23
  2.6 永磁同步电机矢量控制系统的MATLAB 建模与仿真  23-27
    2.6.1 速度伺服系统的建模与仿真  23-25
    2.6.2 位置伺服系统的建模与仿真  25-27
  2.7 本章小节  27-28
第三章 永磁交流伺服系统的趋近律滑模控制  28-38
  3.1 引言  28
  3.2 滑模变结构控制系统的定义  28
  3.3 滑模变结构控制的设计目标  28-32
    3.3.1 滑模控制的存在性与可达性  28-29
    3.3.2 滑模运动方程及其稳定性  29-31
    3.3.3 滑模控制系统的动态品质  31-32
  3.4 趋近律滑模控制方法  32-33
  3.5 PMSM 伺服系统趋近律滑模控制器的设计  33-35
    3.5.1 速度控制器设计  34-35
    3.5.2 位置控制器设计  35
  3.6 系统仿真分析  35-37
  3.7 本章小结  37-38
第四章 永磁同步电机伺服系统控制器的数字化实现  38-58
  4.1 引言  38
  4.2 永磁同步电机伺服系统的硬件设计  38-52
    4.2.1 系统数字控制器的构成  38-42
    4.2.2 系统的功率板设计  42-45
    4.2.3 系统的调理电路设计  45-52
  4.3 永磁同步电机伺服系统的软件设计  52-57
    4.3.1 DSP 系统资源分配  52
    4.3.2 程序整体结构  52-54
    4.3.3 子功能模块设计  54-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章 实验结果及其分析  58-70
  5.1 引言  58
  5.2 实验环境  58-59
  5.3 速度环带载实验  59-67
    5.3.1 静态特性实验  59-62
    5.3.2 速度环采用PI 控制器时的实验  62-65
    5.3.3 速度环采用RLC 控制器时的实验  65-67
  5.4 位置环实验  67-69
    5.4.1 位置环采用比例控制器时的实验  67-68
    5.4.2 位置环采用RLC 控制器时的实验  68-69
  5.5 本章小结  69-70
第六章 总结与展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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