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《天津大学》 2007年
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自抗扰控制策略在永磁同步电动机伺服系统中的应用研究与实现

孙凯  
【摘要】: 永磁同步电动机(PMSM)以其效率高、功率密度大和转矩/惯量比大等优点,在中小容量的伺服系统中得到广泛的应用。本文对无速度传感器PMSM伺服系统中,转子速度和位置估计、速度跟踪控制、位置跟踪控制和摩擦补偿等关键问题进行了深入研究,提出了一种新颖的无速度传感器PMSM位置伺服系统控制方案。 深入研究分析了PMSM矢量控制理论,提出了一种基于自抗扰控制策略的PMSM转子速度和位置估计方法。将转子速度和d轴电流对q轴电流环的耦合作用,视为q轴电流环的扰动量,通过自抗扰控制器将这个扰动量观测出来,再从观测出的扰动量中提取出转子速度的信息,进而估计出转子速度和位置。仿真和实验表明,在从0r/min到2000r/min的调速范围内,均能准确的估计出转速,并且对负载扰动具有很强的鲁棒性。 为了抑制负载、摩擦力矩和转动惯量的变化对PMSM伺服系统的影响,本文将以上参数的变化视为伺服系统速度环的扰动量,推导出速度环自抗扰控制的数学模型,提出了PMSM伺服系统速度跟踪控制的自抗扰控制策略。仿真表明,在从0r/min到2000r/min的调速范围内,均能很好的抑制负载和转动惯量的影响,并且对摩擦力矩给与有效补偿,克服了伺服系统速度跟踪中的“死区”现象和位置跟踪中的“平顶”现象。 针对PMSM位置伺服系统对定位的快速性、准确性和无超调的要求,以及系统鲁棒性的要求,提出了PMSM伺服系统位置跟踪自抗扰控制器。通过跟踪-微分器为位置给定信号提供一个过渡过程,克服了响应速度和超调之间的矛盾,使得系统响应快且没有超调;通过扩展状态观测器将位置环的扰动量观测出来并加以前馈补偿,提高了系统的鲁棒性。仿真表明,当转子位置给定信号分别为100rad和0.1sin( 2πt)rad时,系统的稳态误差分别为0.033rad和0.00038rad,控制精度较高,并且对负载扰动、转动惯量和定子电阻的变化具有很强的鲁棒性。 在上述工作的基础上,研发了一套基于TMS320LF2407A DSP的高性能PMSM交流伺服系统,并开发了基于CAN总线的上位机监控软件,实现了上位机对伺服系统运行状态的实时监控。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM351

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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3 郭华旺;王石贤;;电动变桨伺服系统的智能控制研究[J];伺服控制;2011年05期
4 侯利民;任志玲;王巍;李秀菊;;基于ADRC和反步法的PMSM位置控制系统[J];微特电机;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘英培;PMSM直接转矩控制方法及实验研究[D];天津大学;2010年
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
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4 武玉强;马新;宗广灯;;永磁同步电动机系统的有限时间跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 刘志刚;李世华;;永磁同步电机的二阶自抗扰控制算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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7 阮久宏;荣学文;吴三友;;凿岩机器人液压系统ADRC控制器设计与仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 李云;薛松;龙志强;;基于跟踪微分器的磁浮列车悬浮系统传感器主动容错控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 管力明;林剑;胡更生;;基于滑模控制的无轴单张纸输纸机同步控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 张细政;王耀南;;永磁同步电机无位置传感器双滑模鲁棒控制研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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10 关丽荣;基于反推技术的永磁直线同步电机控制策略研究[D];沈阳工业大学;2010年
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10 潘胤卓;舰炮自动化弹库交流伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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2 李世敬,王解法,冯祖仁,萧蕴诗;基于动态观测器的不确定机器人鲁棒控制研究[J];兵工学报;2005年02期
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6 李广云;非正交系坐标测量系统原理及进展[J];测绘信息与工程;2003年01期
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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2 沙鹏宇;家用电器三相永磁电机控制系统[D];沈阳工业大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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5 金如麟;谭茀娃;;永磁同步电动机的应用前景[A];'2001第六届中国小电机技术研讨会论文集[C];2001年
6 贾冬;赵江波;王军政;任广通;;结晶器振动电液伺服系统的自抗扰控制器设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
7 李诺;王江;张荣华;;永磁同步电动机非线性负载的神经网络自适应控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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7 辽宁 老牛;五角钱救活“老”光驱[N];电脑报;2004年
8 陈华;纺企狂出口 输欧配额剩无多[N];中华合作时报;2005年
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10 本报记者 袁宏;欧洲的电动汽车研发[N];中国汽车报;2003年
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6 冯垚径;永磁同步电动机设计关键技术与方法研究[D];华中科技大学;2012年
7 覃海涛;交流伺服系统自调整技术研究[D];华中科技大学;2011年
8 崔红;高速永磁同步电动机控制技术研究[D];沈阳工业大学;2012年
9 孙明革;基于现场总线的自抗扰控制器研究[D];吉林大学;2010年
10 王艾萌;内置式永磁同步电动机的优化设计及弱磁控制研究[D];华北电力大学(河北);2010年
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1 陈志勇;基于DSP的永磁同步电动机伺服系统研究[D];华中科技大学;2006年
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4 刘晓磊;低压大功率多支路永磁同步电动机参数计算及绕组端部电磁力分析[D];沈阳工业大学;2011年
5 成本权;高性能永磁同步电动机及其控制系统设计与仿真[D];湖南大学;2010年
6 刘铁丁;变频空调压缩机驱动技术研究[D];广东工业大学;2011年
7 钱鋆;基于观测器的永磁同步电动机无速度传感器控制系统的研究[D];湖南大学;2010年
8 陈慧琴;基于自抗扰控制器的永磁同步电动机交流调速系统的研究[D];天津大学;2004年
9 刘国栋;基于无传感器技术的永磁同步电动机直接转矩控制研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 吕孝亮;轮毂盘式无铁心永磁同步电动机无传感器控制研究[D];天津大学;2010年
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