基于自适应互补滑模的永磁同步电机速度控制

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在伺服控制领域中,随着控制技术和电力电子技术的发展,交流伺服控制技术在日常生产生活和工业生产制造中的应用越来越广泛。然而,在实际应用的过程中,伺服控制系统中总是存在各种不同的干扰,例如控制系统参数摄动、负载变化以及其它不确定量外部干扰等,恶化了伺服系统的控制性能。本文针对永磁同步电机的速度控制,提出了一种基于自适应互补滑模的速度控制策略,以增强速度环的鲁棒性及抗负载能力,削弱速度控制器输出控制量的抖振,提高电流环的响应性能。具体研究内容及结论如下:本文首先论述了课题的研究背景及选题意义,准确描述了永磁同步电机的物理模型及数学模型,并根据旋转两相坐标系下永磁同步电机的数学模型及矢量控制的基本原理搭建MATLAB/Simulink系统仿真模型。并设计仿真实验对系统参数摄动及负载变化对系统性能的影响进行比较分析。其次,本文借助滑模变结构控制具有强鲁棒性的特点,引入了互补滑模控制系统。详尽地阐述了互补滑模控制的原理及数学描述,严谨地证明了互补滑模控制相比于传统滑模控制具有更小的稳态误差。针对永磁同步电机速度环设计了互补滑模速度控制器,证明了该控制系统的稳定性。并针对系统负载扰动设计了观测器对负载进行准确观测,系统仿真和平台实验证明所设计控制系统对参数摄动、负载变化等不确定因素具有很强的抑制作用。然后,本文考虑互补滑模控制切换控制律中的切换增益对控制量抖振的影响,设计了一种新型增益调节律对切换增益进行自适应调节。其特点为当滑模量在边界层外时,将增益调节律设定为正值,切换增益单调递增;反之,将调节律设为负值,切换增益单调递减。并在边界层内对增益调节律中的滑模量求取反比例,显著加速了切换增益的调节,有效地抑制控制量“抖振”,改善了电流环的控制性能。最后,本文将所提出的控制方法应用于以TMS320F8212DSP为核心的永磁同步电机实验控制平台上,编写C语言控制程序,验证所提出的算法在实际系统中的效果,进行实验验证和比较分析。结果表明所提出的控制方法大大削弱了高频抖振,提高了伺服系统电流环的稳态性能。
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