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交流伺服系统中的干扰观测器的设计研究

作　者: 熊田忠
导　师: 梅志千
学　校: 河海大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 干扰抑制干扰观测器数字低通滤波器交流速度伺服系统矢量控制速度检测模型简化
分类号: TM921.541
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 349次
引　用: 5次
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内容摘要

几乎所有的工程控制系统中,干扰和模型不确定性都不可避免。干扰是影响交流速度伺服系统性能的主要因素。本文的目标是:在通常的硬件抗干扰措施、系统控制设计优化等基础上,在矢量控制交流速度伺服系统中,用干扰观测器(Disturbance Observer-DOB)结合数字低通滤波器(Digital low-pass filter-DLPF)来消除负载变化、模型不确定性、摩擦、测量噪声等的干扰,以提高交流伺服系统的抗干扰性和鲁棒性。综合考虑实际系统中受到的低频和高频干扰,提出了对于低频干扰采用干扰观测器、高频干扰采用数字低通滤波器的干扰抑制方法。讨论了交流速度伺服系统中的速度检测方法,分析了速度检测环节的测量噪声问题,给出了速度环节低通滤波器的设计原则和方法。分析了系统的数学模型并作了模型简化,特别地,进一步针对低频干扰作了必要的简化。讨论了干扰观测器的设计原则和方法。通过MATLAB/Simulink对系统进行了仿真设计,并在基于DSP的三相异步电动机直接矢量控制交流速度伺服系统中得到实验验证。仿真和实验结果很近似,抑制阶跃干扰所需稳定时间均小于100ms,速度滤波环节也改善了系统性能,系统具有良好的动态性能和控制效果。本文提出的方法能有效抑制干扰,且实现简单,在抑制周期交变干扰上,优于传统PID控制器,易于在高速高精度系统中应用。

全文目录

第一章绪论  9-14
  1.1 课题的工程背景、目的和意义  9-11
    1.1.1 课题的工程背景  9-10
    1.1.2 课题的研究目的  10
    1.1.3 课题的研究意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 干扰的观测和补偿  11-12
    1.2.2 干扰观测器及其在交流伺服系统中的应用  12-13
  1.3 论文研究的主要内容  13-14
第二章交流速度伺服系统  14-23
  2.1 交流调速的基本类型  14-15
  2.2 三相异步电机直接矢量控制  15-16
  2.3 速度检测与低通滤波器  16-22
    2.3.1 速度检测方法  16-21
      2.3.1.1 M法测速  18
      2.3.1.2 T法测速  18-19
      2.3.1.3 M/T法测速  19
      2.3.1.4 数字测速主要问题  19-21
    2.3.2 速度检测测量噪声  21
    2.3.3 速度环节低通滤波器设计  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章系统模型分析  23-28
  3.1 三相异步电动机直接矢量控制系统的数学模型  23-26
  3.2 针对低频干扰的模型简化  26
  3.3 本章小结  26-28
第四章干扰观测器  28-35
  4.1 基本思想  28-30
  4.2 鲁棒稳定性  30
  4.3 实际应用  30-34
    4.3.1 Q滤波器结构的设计  30-31
    4.3.2 Q滤波器时间常数的设计  31
    4.3.3 速度闭环伺服系统中的干扰估计问题  31-33
    4.3.4 DOB结合速度环节低通滤波器在系统中的应用及其计算机实现  33-34
  4.4 本章小结  34-35
第五章仿真设计及结果  35-46
  5.1 Q滤波器结构选择仿真  35-37
  5.2 Q滤波器时间常数及速度环低通滤波器时间常数选择仿真  37-40
  5.3 DOB与PI调节器对周期交变干扰的对比仿真  40-41
  5.4 DOB对模型参数变化鲁棒性仿真  41-43
  5.5 用否DOB和用否速度滤波环节的对比仿真结果  43-44
  5.6 本章小结  44-46
第六章实验验证  46-59
  6.1 实验平台介绍  46-48
  6.2 DOB在基于DSP的三相异步电机直接矢量控制系统中的控制策略  48-55
  6.3 实验数据及分析  55-58
  6.4 本章小结  58-59
第七章结论与展望  59-62
  7.1 全文总结  59-61
  7.2 前景与展望  61-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间发表、录用的学术论文目录  65

交流伺服系统中的干扰观测器的设计研究

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