滑模控制永磁同步电机伺服系统的研究

论文摘要

随着现代工业技术的不断发展,永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统的应用日益广泛,性能要求越来越高。例如在精密雷达和军用武器随动装置中,要求伺服系统具有高速度、高精度、高可靠性和较强的抗干扰能力。滑模变结构控制(SMC)由于具有响应快、鲁棒性好、设计方便等优点,已逐步应用于电力传动领域。本文在研究PMSM数学模型及其控制技术的基础上,应用SMC控制策略,克服系统参数变化和外界扰动的不良影响,实现了具有一定自适应能力的高性能交流伺服系统。本文的主要工作如下:对伺服系统的控制技术进行了理论分析和仿真研究,建立了一套PMSM交流伺服系统的通用实验平台,在此基础上应用经典PI控制方法,实现了伺服系统转速和位置跟踪。该系统具有低速性能好、跟踪范围宽和定位精度高等优点。为提高系统快速性和鲁棒性,在PMSM伺服系统中引入SMC调节器。针对不同情况选择不同的滑模控制方式,并对其进行比较分析和仿真实验验证。对速度伺服系统,比较了SMC调节器和PI调节器的控制效果,证明前者的优越性。对位置伺服系统,针对传统SMC控制器下系统速度不可控的缺点,改进了SMC控制方式,使系统在任意位置给定下均能可靠地实现跟踪。另外,本文还对SMC存在的抖振问题进行了仿真和实验研究。通过对该伺服系统理论、仿真和实验研究,验证了该系统具有实时性好、精度高、可靠性高、鲁棒性强等优点,能够满足高性能伺服系统的基本要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 伺服系统的发展概况
• 1.2 交流伺服系统控制策略综述
• 1.2.1 永磁同步电机伺服系统的控制
• 1.2.2 滑模变结构控制
• 1.2.3 滑模变结构控制在交流伺服系统中的应用
• 1.3 课题的目的和意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 交流伺服系统的基本原理
• 2.1 永磁同步电机的数学模型
• 2.2 交流伺服系统的控制策略
• 2.2.1 电流控制策略
• 2.2.2 脉宽调制策略
• 2.2.3 外环控制策略
• 2.2.4 转矩观测器的设计
• 2.3 基于传统控制方法的交流伺服系统的建模与仿真
• 2.3.1 速度伺服系统的建模与仿真
• 2.3.2 位置伺服系统的建模与仿真
• 2.3.3 转矩观测器的仿真
• 2.4 小结
• 第三章 交流伺服系统的滑模变结构控制
• 3.1 滑模控制的基本原理
• 3.2 滑模控制器的设计
• 3.2.1 滑模面设计
• 3.2.2 控制律设计
• 3.2.3 滑模控制三要素
• 3.3 滑模控制的若干问题
• 3.3.1 动态品质
• 3.3.2 抖振问题
• 3.4 各种滑模控制策略的选取与比较
• 3.4.1 滑模面的选取与比较
• 3.4.2 控制律的选取与比较
• 3.5 交流伺服系统滑模控制的 Matlab 仿真
• 3.5.1 速度伺服系统滑模控制的仿真
• 3.5.2 位置伺服系统滑模控制的仿真
• 3.6 小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 系统的硬件构成
• 4.2 DSP 控制板
• 4.2.1 TMS320LF2407A 介绍
• 4.2.2 时钟电路
• 4.2.3 电源管理电路
• 4.2.4 外部存储器电路
• 4.2.5 I/O 口设计
• 4.2.6 JTAG 仿真接口电路
• 4.3 调理板
• 4.3.1 位置信号处理电路
• 4.3.2 电压、电流检测电路
• 4.3.3 电压、电流调理电路
• 4.3.4 保护电路
• 4.3.5 显示电路
• 4.4 主功率板
• 4.4.1 主功率电路
• 4.4.2 隔离电路
• 4.4.3 泄放电路
• 4.5 辅助电源板
• 4.6 小结
• 第五章 系统软件的设计
• 5.1 软件整体设计
• 5.1.1 DSP 系统资源的分配
• 5.1.2 系统变量的数字表述形式
• 5.2 软件模块化实现
• 5.2.1 软件整体方案
• 5.2.2 中断模块
• 5.2.3 光电码盘信号处理模块
• 5.2.4 电流处理模块
• 5.2.5 调节器模块
• 5.3 小结
• 第六章 实验结果及其分析
• 6.1 电流环实验
• 6.2 速度伺服系统实验
• 6.2.1 比例积分调节器实验
• 6.2.2 滑模速度控制器实验
• 6.2.3 两种控制器的比较实验
• 6.3 位置伺服系统实验
• 6.3.1 比例位置调节器实验
• 6.3.2 滑模位置调节器实验
• 6.3.3 削弱抖振的实验
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果