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基于状态约束的永磁同步电动机命令滤波模糊自适应控制

邹明峻  
【摘要】:永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因具有高效率、低损耗、体积小、重量轻等优点被广泛地应用于生产和生活的多个领域。但同时,永磁同步电动机易受参数变化、负载转矩干扰等不确定因素影响,使其成为一个多变量、强耦合的复杂非线性控制对象,运用传统控制方法难以获取优秀的动、静态响应。此外,永磁同步电动机的角速度、定子电流等状态量在特定的应用场合需要被限制在合理的范围内,状态量超出约束范围可能会影响电动机的性能、使其出现故障,甚至导致安全性问题。因此,研究先进的控制策略以解决高阶非线性、状态约束等问题并实现永磁同步电动机的高品质控制非常具有理论价值和现实意义。本文在考虑状态约束的条件下,结合反步法、势垒Lyapunov函数、模糊自适应和命令滤波技术,研究了永磁同步电动机伺服系统的位置跟踪控制方法。论文的主要研究成果如下:1.以永磁同步电动机动态系统模型为设计基础,在考虑状态约束的条件下研究其位置跟踪问题。针对永磁同步电动机系统复杂且阶次高的特点,采用了反步控制方法构建系统的控制器,并利用势垒Lyapunov函数对系统的状态量进行约束。同时,将模糊逻辑系统与自适应控制相结合,使系统具有良好的鲁棒性和适应性,成功地克服了被控系统某些函数必须为线性的以及模型参数不确定等问题。2.针对传统反步法中固有的计算复杂性问题,本文研究了在反步法的基础上引入命令滤波误差补偿技术,通过低通二阶滤波器来近似处理虚拟控制信号,避免了因多次求导而致使设计和计算上的负担过重,并且有效地降低了滤波器所产生的误差影响。3.进一步考虑铁芯损耗对永磁同步电动机系统运行性能的影响,研究了状态约束条件下考虑铁损的永磁同步电动机位置跟踪控制问题,提出了基于势垒Lyapunov函数的命令滤波模糊自适应反步控制新策略。4.通过MATLAB/Simulink可视化仿真工具完成了对比仿真实验,将文中所提出的控制方法分别与动态面控制方法以及未考虑状态约束的命令滤波方法进行对比。观察实验结果可知,所设计控制器能够在实现良好位置跟踪效果的同时将系统的状态量限制在给定的约束空间内。此外,命令滤波技术在永磁同步电动机位置跟踪控制过程中的有效性和优越性也得以证实。


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