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永磁同步电动机的改进滑模自抗扰控制研究

陈广国  
【摘要】:永磁同步电动机(PMSM)以其结构简单、功率密度高、体积小、转动惯量低等优点在航空航天、轨道交通及智能机器人等伺服控制领域中得到了广泛的应用。然而,在实际运行过程中PMSM易受外部负载扰动、参数变化等不确定性因素的影响。因此,PMSM是一个非线性、强耦合的时变系统。为了削弱不确定性因素的不利影响,提高系统的鲁棒性,提出了基于变增益扩张状态观测器(VGESO)的自抗扰控制与基于改进型趋近律的滑模控制(SMC)相结合的改进滑模自抗扰控制方法。首先,阐述了PMSM的基本结构和工作原理,基于矢量控制理论建立PMSM矢量控制系统,并分析不同的不确定性因素对系统性能的影响,建立了含有不确定性因素的PMSM运动方程。其次,针对PMSM在受外部扰动、参数变化等不确定性因素影响时系统性能变差的问题,提出基于VGESO的改进自抗扰控制方法。传统自抗扰控制是利用观测器观测出系统所受到的不确定性因素并进行补偿,然后再通过非线性状态误差反馈环节调节系统性能,对不确定性因素具有强鲁棒性。然而,传统扩张状态观测器由于初始峰值的问题,会降低观测精度,因此通过在观测器的增益项中引入变增益系数构成VGESO,降低传统扩张状态观测器中容易出现的初始峰值。仿真结果表明,所提出的改进自抗扰控制方法提高了观测器的观测精度和系统的速度跟踪精度。最后,为了进一步提高系统的鲁棒性,采用基于改进型趋近律的SMC代替改进自抗扰控制中的非线性状态误差反馈环节。同时,由于待调参数较多,因此采用改进灰狼优化算法(IGWO)对控制参数进行调节,充分发挥出控制器的性能。通过仿真结果表明,与基于VGESO的改进自抗扰控制相比,改进滑模自抗扰控制方法进一步增强了系统的鲁棒性。


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