电机负载谐振的高阶滑模抑制方法研究

论文摘要

电机负载谐振是在交流伺服系统普遍存在的问题,其原因主要是由于电机和负载之间存在弹性耦合,例如传动轴、传动带、减速器齿轮、皮带滑轮等联接机构,而这些联接机构机械刚度有限,具有一定的弹性。机械谐振限制了系统的带宽,甚至会造成系统不稳定,而且对电机及传动机械造成磨损,影响其使用寿命。交流永磁同步电动机(PMSM)是一个多变量、强耦合的非线性系统,存在参数摄动和负载扰动,要实现高性能伺服控制,电机负载谐振抑制是一个需要解决的问题。本文采用滑模控制技术研究电机负载谐振抑制问题。滑模变结构控制是一种对系统内部参数摄动以及外界扰动具有很强的鲁棒性的控制方法,但是传统的滑模控制方法存在抖振问题,因此,本文研究了一种结合交流永磁同步电机矢量控制和电机加速度反馈及电机负载转速反馈的高阶滑模控制方法,在实现了对电机负载谐振的抑制同时,还消除了传统滑模存在的抖振;此控制方法是采用PMSM转速/负载转速和定子电流的双闭环高阶滑模控制的,为了实现这两种控制方法,进一步研究了滑模观测器和微分估计器技术,以获得高阶滑模控制过程所需要的反馈信号和微分信号。本文所提出控制方法进行了计算机仿真研究,结果证明了所提出的方法是正确的,所设计的PMSM高阶滑模控制器消除了电机负载谐振,而且保证了系统的鲁棒性。滑模观测器能够提高精度较高的电机和负载位置、转速及其加速度,从而使控制方法具有实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 伺服系统中的电机负载谐振抑制方法研究
• 1.2.2 高阶滑模控制技术的研究
• 1.2.3 观测器控制技术的研究
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 电机负载谐振抑制的传统方法
• 2.1 电机负载谐振模型分析
• 2.2 基于滤波器和观测器的抑制电机负载谐振方法
• 2.2.1 基于滤波器的控制方法
• 2.2.2 基于观测器的控制方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 非线性系统的高阶滑模控制
• 3.1 滑模变结构控制理论
• 3.1.1 滑模变结构的基本概念
• 3.1.2 滑模变结构的控制特性
• 3.1.3 滑模变结构的动态品质
• 3.2 滑模控制器的基本设计方法
• 3.2.1 滑动模态面设计
• 3.2.2 控制律设计
• 3.3 滑模控制系统去抖振方法
• 3.4 高阶滑模控制器的设计
• 3.4.1 高阶滑模基本概念
• 3.4.2 高阶滑模控制器的设计
• 3.4.3 鲁棒微分估计器的设计
• 3.5 系统仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 电机负载谐振的高阶滑模抑制方法
• 4.1 永磁同步电机负载谐振数学模型
• 4.1.1 电机控制中用到的坐标系及其坐标变换
• 4.1.2 d-q坐标系下的永磁同步电机负载谐振的数学模型
• 4.2 基于电机加速度反馈的高阶滑模控制
• 4.2.1 高阶滑动模态面设计
• 4.2.2 控制策略设计及系统稳定性证明
• 4.2.3 系统仿真
• 4.3 基于负载速度反馈的高阶滑模控制
• 4.3.1 高阶滑动模态面设计
• 4.3.2 控制策略的设计及稳定性证明
• 4.3.3 系统仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 永磁同步电机和负载的滑模观测器的设计
• 5.1 滑模观测器的设计方法
• 5.1.1 滑模观测器结构
• 5.1.2 基于干扰观测器的滑模控制
• 5.1.3 系统仿真
• 5.2 基于干扰观测器的电机负载谐振滑模观测器
• 5.2.1 滑模观测器的设计
• 5.2.2 系统仿真
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢