基于干扰估计的交流伺服系统离散时间滑模控制研究

论文摘要

交流永磁同步电机（PMSM）具有气隙磁密高、转矩脉动小、转矩／惯量比大、效率高、结构简单等优点,在要求高控制精度和高可靠性的场合得了广泛的应用。交流伺服系统是一种输出能够快速而精确地响应外部输入指令信号的控制系统,但参数的不确定性和外部负载扰动对高速、高精度交流伺服系统影响很大。滑模控制的滑动模态对系统参数变化和外部负载扰动不敏感,具有鲁棒性好、容易实现等优点,因此将滑模控制应用于交流伺服系统的控制中,有望设计出高品质的控制策略。由于计算机技术的高速发展和DSP芯片的出现,越来越多的系统正采用数字计算机来实现控制器,研究离散时间伺服系统的滑模控制具有重要的理论和实际意义。因此,本文研究基于干扰估计的交流伺服系统离散时间滑模控制问题。本文首先在分析永磁同步电机数学模型的基础上,结合矢量控制技术,推导了PMSM在d-q坐标系上的线性解耦状态方程；其次,针对含有匹配干扰的系统设计了传统的离散时间滑模控制器,并将其应用到交流伺服系统的位置跟踪控制中,仿真结果表明,该方法能够较好地跟踪到理想输出值,具有很强的鲁棒性,但具有一定的稳态误差。再次,针对含有匹配干扰的系统设计了基于干扰估计的离散时间滑模控制器。该控制器可以对干扰进行在线估计,减小系统稳态误差,提高系统输出的稳态精度。将该方法应用到交流伺服系统的跟踪控制中,使交流伺服系统能够对负载转矩的变化进行在线估计。仿真结果表明,基于干扰估计的离散时间滑模控制器能够使伺服系统更好地跟踪理想输出值,减小了系统稳态误差,实现了位置的精确跟踪。最后,对本文的研究内容进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 交流伺服系统
• 1.1.1 交流伺服系统的发展现状及其主要趋势
• 1.1.2 交流伺服系统控制策略
• 1.2 滑模控制
• 1.2.1 滑模控制理论的提出及发展
• 1.2.2 滑模控制基本原理
• 1.2.3 滑模控制的不变性和抖振问题
• 1.2.4 离散时间系统的滑模控制
• 1.3 滑模控制在交流伺服系统中的应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 交流永磁同步电机数学建模
• 2.1 交流伺服系统的组成
• 2.2 交流永磁同步电机（PMSM）的结构及其种类
• 2.3 交流永磁同步电机的基本方程
• 2.4 交流永磁同步电机的数学建模
• 2.5 本章小结
• 第三章 交流伺服系统的离散时间滑模控制
• 3.1 引言
• 3.2 问题描述
• 3.3 离散时间滑模控制器设计
• 3.3.1 滑模面设计
• 3.3.2 滑模控制器设计
• 3.4 交流伺服系统的离散时间滑模控制器设计及仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于干扰估计的交流伺服系统离散时间滑模控制
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述
• 4.3 基于干扰估计的离散时间滑模控制器设计
• 4.3.1 滑模面设计
• 4.3.2 滑模控制器设计
• 4.4 基于干扰估计的交流伺服系统离散时间滑模控制器设计及仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢