基于Smith预估器的无刷直流电机控制

论文摘要

无刷直流电动机用电子换向代替机械换向,以其优良的特性成为运动控制研究领域的热点。但是无刷直流电机系统存在一些固有的时间滞后因素,这些因素会对精度、快速性要求较高的系统产生不利影响,使得系统的稳定性、动态质量和调节品质下降。常规PID控制方法超调较大而且调节时间较长,在上述高性能应用中的控制效果不能令人满意。为此,本文提出利用Smith预估器来补偿无刷直流电机系统时滞环节。Smith预估器是在负反馈控制的基础上引入一个预估补偿环节,从而使系统的闭环特征环节不含有纯滞后项,消除了滞后环节对系统稳定的影响,改善了系统反应速度和动态性能。传统的Smith预估控制器需要准确并且稳定的数学模型,其性能对模型参数的误差十分敏感,在参数误差较大的情况下容易引起振荡和发散。针对这一点,本文运用模糊-PI控制器对Smith预估器进行改进。模糊控制的优点是不需要精确的数学模型且具有较好的鲁棒性,而PI控制器能够有效的消除稳态误差,因此将模糊控制与PI控制结合起来可以有效地消除Smith预估器与实际控制对象之间的偏差。改进后的Smith预估器模型具有较强的自适应能力,得到较好的控制品质,与实际控制对象有良好的匹配性,能够确保系统状态的稳定。由于克服了传统Smith预估器需要精确模型的缺点,整个系统具有良好的鲁棒性和参数自适应性。通过仿真研究表明运用改进后的Smith预估器具有较强的参数适应性,保持时滞系统稳定具有良好的控制效果。此外,本文利用模糊免疫控制器对传统的Smith预估器进行改进,仿真结果证明了这种方法的有效性,并具有响应速度快,抗扰能力和鲁棒性强等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无刷直流电机的特点与发展概况
• 1.1.1 无刷直流电机的特点
• 1.1.2 无刷直流电机的发展概况
• 1.2 无刷直流电机时滞问题
• 1.3 国内外时滞过程控制方法
• 1.3.1 PID 控制
• 1.3.2 Smith 预估控制
• 1.3.3 内模控制
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 无刷直流电机基本原理及其数学模型
• 2.1 无刷直流电机基本结构
• 2.2 无刷直流电机运行基本原理
• 2.3 无刷直流电机基本控制方法
• 2.4 无刷直流电机时滞分析
• 2.5 无刷直流电机数学模型
• 2.5.1 无刷直流电机微分方程模型
• 2.5.2 无刷直流电机传递函数模型
• 第三章 基于Smith 预估器的无刷直流电机控制
• 3.1 工业过程中时滞问题
• 3.2 Smith 预估控制基本原理
• 3.3 仿真及其分析
• 3.4 带Smith 预估器的PI 控制调节程序算法
• 3.5 Smith 预估器改进
• 3.5.1 Smith 预估器改进的意义
• 3.5.2 几种常见的Smith 预估器方案
• 第四章 基于模糊PI 控制器的Smith 预估器
• 4.1 基于PI 控制器的Smith 预估器
• 4.1.1 PI 控制的基本原理
• 4.1.2 基于PI 控制器的Smith 预估器控制系统
• 4.1.3 仿真及其分析
• 4.2 基于模糊PI 控制器的Smith 预估器
• 4.2.1 模糊控制系统
• 4.2.2 模糊控制的基本原理
• 4.2.3 模糊参数自整定PI 控制
• 4.2.4 基于模糊PI 控制器的Smith 预估控制系统
• 4.2.5 仿真及其分析
• 第五章 基于模糊免疫控制器的Smith 预估器
• 5.1 免疫学的一些基本概念
• 5.2 免疫系统的组成及功能
• 5.3 自然免疫系统调节基本原理
• 5.4 基于模糊免疫控制器的Smith 预估控制系统
• 5.5 仿真及其分析
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢