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《华中科技大学》 2011年
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交流伺服系统自调整技术研究

覃海涛  
【摘要】:交流伺服系统的性能与其控制参数密切相关,为了获得满意的控制性能,必须对控制参数进行整定。同时为了适应不同的应用场合,以及单个场合运行条件的变化,伺服系统必须具备控制参数的自调整能力,能够根据被控对象特征的变化对控制参数进行在线修正,使伺服系统的性能始终保持最优。进行交流伺服系统控制参数自调整策略研究,是提高伺服系统运行效率和性能的迫切需要,具有重要意义。 本文以实现交流伺服系统参数自调整为目标,首先对交流伺服系统的三环串级结构采取逐层分析的方法,建立了各个环节的数学模型,对电流环、速度环和位置环调节器进行了分别设计并确定了各自的参数及自调整规则,得到了交流伺服系统参数自调整实现的理论依据。 设计了全数字交流伺服平台,分析了速度检测延时和误差对系统性能的影响,并设计了基于多项式外推的速度预估器,有效提高了速度检测性能。对电流、速度以及位置环参数的整定进行了实验验证,并为后面的伺服系统自调整策略的验证提供了实验平台。 要实现电流环参数的自调整,首先需要对永磁同步电机(PMSM)的电气参数进行辨识,提出了一种基于自适应观测器的在线永磁同步电机参数辨识方案:在常规的全阶d、q电流观测器基础上,增加反馈电流观测误差修正环节,并基于稳定性理论设计反馈增益;同时设计了基于Popov超稳定性理论的参数辨识自适应规律,在保证系统渐进超稳定的前提下对参数进行辨识;并对影响辨识精度的死区效应进行了分析,提出了一种新的补偿方法。完成了永磁同步电机电气参数的辨识,为电流环参数自调整的实现奠定了基础。 速度环和位置环参数的自调整需要对交流伺服系统的机械参数进行辨识。首先对常规的基于运动轨迹规划的加减速辨识方案进行了改进,增强了其实用性;同时对递归最小二乘法(RLS)及其衍生算法-遗忘因子最小二乘法(FFLS)在系统转动惯量辨识的应用进行了深入研究;并研究了一种降阶扰动转矩观测器,基于稳定性确定其收敛增益;最终实现了交流伺服系统机械参数的全辨识,为速度/位置环参数自调整的实现奠定了基础。 基于交流伺服平台,在交流伺服系统电气参数和机械参数辨识的基础上,实现了伺服系统参数的自调整。并针对超大负载惯量的特殊情况,研究了一种速度环实际最大带宽的计算方案,从而实现了对位置/速度环参数自调整的优化。另外,针对高增益场合容易出现的机械谐振问题,提出了一种基于FFT的自适应陷波滤波器,能够在线的通过反馈速度对机械谐振点进行检测,并完成相应的补偿。仿真和物理实验验证了本文研究的交流伺服系统自调整方案的有效性。
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