永磁同步电机伺服系统的滑模变结构控制研究

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伴随着现代工业科技的迅猛发展,交流伺服系统的应用日益广泛,采用先进控制策略的永磁同步电机伺服系统已经成为高性能伺服系统发展的热点方向。滑模变结构控制具有结构简单、对参数变化及外界扰动不敏感等优点。将滑模变结构与永磁同步电机相结合,应用滑模变结构控制的优良特性来提高伺服系统的性能,具有重要的实际价值和意义。论文首先建立永磁同步电机伺服系统的数学模型,深入研究永磁同步电机矢量控制方法,并在此基础上确定基于id=0转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制方案。其次采用SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation,电压空间矢量)调制技术建立电流、转速、位置的三闭环控制的永磁同步电机伺服系统。最后,结合先进控制策略滑模变结构控制理论,以永磁同步电机矢量控制系统为研究对象分别在速度环、位置环设计出改进的滑模变结构控制器,并与PI控制器在系统运行的不同阶段分别作用,对系统的性能进行优化。其中,速度环应用滑模变结构指数趋近率控制方法,并对指数趋近率进行简化设计;位置环应用滑模变结构等效控制方法,并将其切换参数设计成与位置误差、滑模面积分有非线性关系的变量,进一步提高系统的动静态性能和鲁棒性。论文通过Matlab/Simulink及编程对系统进行仿真建模,模拟了传统PI控制、改进型滑模变结构控制永磁同步电机伺服系统的运行过程。仿真结果验证了改进的控制方法克服了传统PI控制理论设计时系统对参数变化及负载扰动敏感等问题;并证明了改进的滑模变结构控制方法对滑模固有抖振有明显的抑制作用,且增强了永磁同步电机伺服系统的鲁棒性和动静态性能。
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