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永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其结构简单、功率因数高、效率高、运行可靠的优越性而被广泛应用。在某些高性能伺服驱动场合,对电机控制系统的控制性能要求很高,为了获得电机控制系统的高性能,对传统控制方法的改进一直备受瞩目。针对负载转矩未知的永磁同步电机位置伺服控制系统,传统的负载转矩自适应律不能精确观测负载转矩,传统的自适应反步控制器亦不能实现良好的位置跟踪效果。针对传统自适应反步控制的不足之处,对传统自适应反步控制方法进行了改进。
第一,给出了永磁同步电机的数学模型,并陈述了永磁同步电机矢量控制的基本原理。随后分析了反步法和自适应反步法的控制原理,基于控制原理,给出了改进的自适应反步位置跟踪控制器和传统的自适应反步位置跟踪控制器,也给出了龙伯格负载转矩观测器模型。
第二,基于半实物仿真平台,对改进后的自适应反步控制做了充分的实验研究。根据实验结果,将改进的自适应反步控制与传统自适应反步控制做了对比,将改进的负载转矩自适应律与龙伯格观测器做了对比。并对改进后的自适应反步控制器进行了鲁棒性分析。通过实验结果的对比分析表明,提出的负载转矩自适应律能够实现对外部负载的准确快速在线估计,改进的自适应反步位置跟踪控制器运行平稳、位置跟踪响应快、精度高、鲁棒性强、稳定,在不同的信号输入下也能保持很好的快速渐近跟踪性能。实验结果充分证明了提出控制方法的有效性和可行性。
第三,通过将改进的自适应反步法与自适应滑模控制相结合,进一步增强系统的抗干扰性能。实验结果表明该方法很好地实现了永磁同步电机控制系统的快速渐近位置跟踪控制,且具有良好的抗干扰性能。
综上所述,针对负载转矩未知的永磁同步电机位置伺服控制系统,提出的新型自适应反步控制解决了传统自适应反步控制的负载转矩估计不精确、误差大,位置跟踪响应慢、误差大、鲁棒性差的问题。通过将新型自适应反步控制与滑模变结构控制结合,增强了系统的抗干扰性能,获得了良好的位置跟踪控制效果。
第一,给出了永磁同步电机的数学模型,并陈述了永磁同步电机矢量控制的基本原理。随后分析了反步法和自适应反步法的控制原理,基于控制原理,给出了改进的自适应反步位置跟踪控制器和传统的自适应反步位置跟踪控制器,也给出了龙伯格负载转矩观测器模型。
第二,基于半实物仿真平台,对改进后的自适应反步控制做了充分的实验研究。根据实验结果,将改进的自适应反步控制与传统自适应反步控制做了对比,将改进的负载转矩自适应律与龙伯格观测器做了对比。并对改进后的自适应反步控制器进行了鲁棒性分析。通过实验结果的对比分析表明,提出的负载转矩自适应律能够实现对外部负载的准确快速在线估计,改进的自适应反步位置跟踪控制器运行平稳、位置跟踪响应快、精度高、鲁棒性强、稳定,在不同的信号输入下也能保持很好的快速渐近跟踪性能。实验结果充分证明了提出控制方法的有效性和可行性。
第三,通过将改进的自适应反步法与自适应滑模控制相结合,进一步增强系统的抗干扰性能。实验结果表明该方法很好地实现了永磁同步电机控制系统的快速渐近位置跟踪控制,且具有良好的抗干扰性能。
综上所述,针对负载转矩未知的永磁同步电机位置伺服控制系统,提出的新型自适应反步控制解决了传统自适应反步控制的负载转矩估计不精确、误差大,位置跟踪响应慢、误差大、鲁棒性差的问题。通过将新型自适应反步控制与滑模变结构控制结合,增强了系统的抗干扰性能,获得了良好的位置跟踪控制效果。