交流伺服系统的滑模控制研究

论文摘要

随着现代化工业的不断发展,交流伺服系统在许多领域的应用日益广泛,对其性能要求也越来越高。由于交流伺服系统本质上具有非线性、多变量、参数时变的性质,因此要实现高品质的控制,对控制策略就提出了很高的要求。本文针对在交流伺服驱动系统中一些尚待解决的的控制问题将一些新的控制方法引入交流伺服系统,力求以新的控制方式和策略提高整个系统的鲁棒性。滑模控制对系统模型不精确和外部扰动具有较强的鲁棒性,因此获得了广泛应用。但滑模控制的高频抖振现象却成为限制其应用的主要障碍。模糊控制作为利用专家知识和经验的有效方法,特别适用于复杂、非线性、时变的系统,但大多数模糊控制系统缺少保证系统性能的分析方法。将模糊控制与滑模控制相结合的模糊滑模控制中,滑模控制用来克服模型不精确和扰动的影响,而模糊控制用来消除抖振。本文研究的是以永磁同步电动机为执行元件的交流伺服系统,主旨为实现高品质的控制策略。文章首先对永磁同步电动机的数学模型和矢量控制策略进行了分析,指出了传统控制的不足之处。然后在此基础上提出了滑模控制方案,并与传统的控制方案相比较以显示其控制的优越性。最后通过模糊控制来估计系统不确定量的边界值,从而使得系统既能充分发挥滑模控制对参数变化和干扰不灵敏的特点,又具有模糊自调节的能力,进而达到削弱抖振的目的。为了验证本文提出方法的有效性,文中用MATLAB/Simulink进行仿真,仿真结果表明,理论分析和仿真的结果相一致,本文采用的模糊滑模控制器设计方法基本上取得了比较满意的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 伺服系统概述
• 1.1.1 交流伺服系统控制理论与控制技术现状
• 1.1.2 交流伺服驱动技术有待解决的部分问题
• 1.2 滑模变结构控制概况
• 1.3 模糊滑模变结构控制概况
• 1.4 研究背景及意义
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 交流伺服运动控制系统
• 2.1 永磁同步电动机交流伺服运动控制系统
• 2.1.1 永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成
• 2.2 PMSM 伺服系统的数学模型
• 2.2.1 PMSM 的数学模型
• 2.2.2 PMSM 的等效电路
• 2.2.3 PMSM 的矢量控制
• 2.2.4 PMSM 解耦状态方程
• 2.3 系统仿真
• 2.3.1 仿真环境
• 2.3.2 系统仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 交流伺服系统滑模控制器设计
• 3.1 滑模变结构控制原理
• 3.2 滑模变结构控制的特性
• 3.2.1 滑动模态的存在和到达条件
• 3.2.2 滑模变结构控制匹配条件及不变性
• 3.2.3 滑模运动及其动态品质
• 3.3 抖振及其抑制方法
• 3.3.1 抖振产生的原因
• 3.3.2 抖振对系统的影响及其危害
• 3.3.3 抖振的削弱方法
• 3.4 滑模变结构控制的基本设计方法
• 3.5 交流伺服系统的常规滑模变结构设计
• 3.5.1 系统描述
• 3.5.2 滑模位置控制器设计
• 3.6 系统仿真
• 3.7 本章小结
• 第4章 模糊控制概述
• 4.1 模糊控制的特点
• 4.2 模糊系统的组成和基本原理
• 4.3 模糊控制器的基本设计方法
• 4.3.1 模糊控制器结构的设计
• 4.3.2 模糊规则及控制算法
• 4.3.3 精确量与模糊量之间的相互转换
• 4.4 本章小结
• 第5章 交流伺服系统模糊滑模控制器设计
• 5.1 滑模控制器设计
• 5.2 模糊控制器设计
• 5.3 系统仿真
• 5.3.1 LuGre 摩擦模型
• 5.3.2 系统仿真
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 1. 本文研究的主要工作及结论
• 2. 不足与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢