【硕士论文】交流伺服系统的反推式控制策略研究.pdf

摘要
交流伺服系统作为为其它机械设备提供伺服功能的动力系统,在当前工业领
域具有广阔的应用前景,特别在一些高精度控制系统中伺服性能的高低直接决定
控制系统精度的高低。电力电子技术、微电予技术以及电机技术的发展为交流伺
服的应用提供了很好的硬件支持,现代控制理论的发展为交流伺服的应用提供了
广阔的理论研究空间,并为其性能的提高提供了软件上的支持。
本文把一种新颖的非线性控制策略控制一应用于交流伺服
系统控制研究,解决了交流伺服系统的速度跟踪、位置跟踪以及无速度传感器控
制问题。主要研究内容可以归结如下
永磁同步电动机伺服系统的速度跟踪控制
简化了控制的设计过程,提高了永磁同步电动机伺服系统的
速度跟踪性能。分析了调节参数对于系统性能的影响,并和刂平邢晗
的对比分析。针对永磁同步电动机伺服系统部分参数时变的特点,设计了参数自
适应控制器,提高了系统的鲁棒性能,并分析了参数时变特性对
系统的速度跟踪的影响。
永磁同步电动机伺服系统的位置跟踪控制
把控制应用于永磁同步电动机系统的位置跟踪控制,提高了
系统的跟踪精度,并分析了系统对于负载干扰的抑制情况。电机负载转矩的变化
对电机的位置跟踪有很大的影响。为了有效降低转矩变化对位置跟踪性能的影
响,系统设计需要能够实时估计负载转矩变化,因此结合控制设
计的特点,对于永磁同步电动机系统进行负载的自适应估计,使得系统的位置跟
踪不受转矩变化的影晌。
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基于全维观测器估计永磁同步电动机的速度,利用控制设计
系统控制器,实现了永磁同步电动机伺服系统的无速度传感器控制。由于全维观
测器无法实现零速度估计,不能实现伺服系统的正反转。为了解决该问题,利用
永磁同步电动机定子交轴电流和转速方程构造降维线性观测器来获
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得电动机的转速,观测器简单易行,通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度,
同对能够得到电动机的零速度估计值。采用控制来设计速度跟踪
和电流控制器,保证系统具有快速的速度跟踪和转矩响应。
感应电动机伺服系统的速度跟踪控制
针对感应电动机交流伺服系统,把感应电动机模型被分为机械和电气部分。
对于机械部分,电机的转速通过一个虚拟转矩来控制,虚拟转矩由一个虚拟转矩
电压来控制。对于电气部分,电机的磁链通过一个虚拟磁链电压来控制。利用
控制设计,实现了感应电动机伺服系统的快速速度、转矩和磁链的
⋯、
渐近跟踪。
本文控制在交流伺服控制系统的应用研究,无论是对于交流
伺服控制系统还是对于控制都是一项十分有意义的工作,为将来
交流伺服系统的控制策略研究提供了一个很好的研究领域。
关键词: 反推式控制;伺服系统;永磁同步电动机:感应电动机;观测器;无
传感器
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第一章绪论
本章综述了当前交流伺服系统发展和应用前景,给出了当前交流伺服系统的几种控制筇
略,然后对几种策略进行了分析和对比。本文针对所研究的控制,给出了其
一般的设计方法。进一步给出了本文的立论根据,并分析了控制在交流伺服
系统中应用的一些优点。最后概述了本文的主要研究内容。
引言
自世纪年代以来,随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技
术、控制技术及计算机技术等支撑技术的快速发展,交流伺服控制技术的发展得
以极大的迈进,使得先前困扰着交流伺服系统的电机控制复杂、调速性能差等问
题取得了突破性的进展,交流伺服系统的性能目渐提离,价格趋于合理,使得交
流伺服系统取代直漉伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了
现代伺服驱动系统的一个发展趋势““”=涣魉欧低吃谛矶喔呖萍剂煊虻玫
了非常广泛的应用,如激光加工、机器人、数控机床、纺织机械、大规模集成电
路制造、办公自动化设备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系统
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位置伺服系统,一般是以足够的位置控制精度ㄎ痪ǘ、位置跟踪精
度恢酶傥蟛和足够快的跟踪速度作为它的主要控制目标“““。系统运行
时要求能以一定的精度随时跟踪指令