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交流位置伺服系统中干扰观测器的研究

王永秀  
【摘要】: 交流位置伺服系统广泛应用于工业控制系统中。在交流位置伺服系统中,干扰是影响系统性能的主要因素,主要有以下几个来源:(1)辨识得到的名义模型与实际被控对象间的误差、系统运行过程中参数的变化和系统建模过程忽略的结构性不确定因素,如非线性摩擦(静摩擦和库仑摩擦)等;(2)系统在运行过程中受到的诸如负载突变、工作环境的变化等外部干扰。 本文研究在基于三相异步电机的交流位置伺服系统中如何有效地观测和补偿上述干扰。首先建立了异步电动机的动态数学模型,进而介绍了矢量控制的基本原理。在此基础上分别设计了由电流环和位置环构成的双闭环位置伺服系统,以及由电流环、速度环和位置环构成的三环位置伺服系统。采用了传统的PID控制结合干扰观测器(Disturbance observer,DOB)的控制方式对交流位置伺服系统中的干扰加以抑制。 介绍了DOB的基本思想、设计原则和方法。分析了整个位置伺服系统的稳定性和DOB的稳定性问题,根据劳思-赫尔维兹判据得出了系统稳定和DOB稳定的条件。在一定的模型误差范围内,DOB具有响应快和可独立调整的特点。与其它方法相比,DOB实现简单,无需额外的传感器,在设计时只需选择低通滤波器的阶次、相对阶次和带宽等参数。 最后,在数字仿真平台和DSP(TMS320F2812)实验平台上进行了验证。 仿真和实验结果表明,在矢量控制交流位置伺服系统中,干扰观测器对干扰有着较好的抑制作用,且对系统参数变化具有较强的鲁棒性。


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