应用于线控转向系统的PMSM控制策略研究

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智能驾驶系统对于转向等系统的控制提出了更精确、可靠性更高的要求,就目前而言,线控转向技术更能适应自动驾驶的发展趋势。永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)伺服系统是线控转向系统实现位置跟踪的执行机构,但电机电磁参数的不确定性以及转向过程中转向负载的时变性,导致目前先进控制在转向电机控制上的工程应用较少。因此,本文学习了相关PMSM知识,通过坐标变换建立了两相静止坐标下的PMSM数学模型,分析了矢量控制及矢量合成方法,并采用SVPWM技术实现电机控制。学习了反推控制技术,推导了多输入单输出的PMSM系统的严格反馈形式。在此基础上,本文设计了一种应用于线控转向系统的PMSM伺服系统自适应控制方法。针对线控转向系统PMSM电机伺服系统未知参数多且变化的特点,在控制过程中对每个慢变参数及未知参数分别设计了参数自适应律,并在自适应律中加入了鲁棒项,补偿参数不确定性,在获得未知参数先验值的基础上,调节收敛参数,提高参数自适应速度。地面突变、侧向风以及转向动力学引起的转向负载突变对于伺服机构的控制会造成干扰,本文将转向负载干扰处理为可预测时变项和有界未知时变扰动两部分,缩小不确定性范围,设计龙伯格观测器,通过PMSM电机电流实时预估负载力矩中的可预测时变项,通过引入控制律中的未知干扰边界估计和参数更新律中的鲁棒项来补偿不确定性及未知干扰,保证在有界未知时变扰动内的鲁棒稳定性。通过上述慢变参数的自适应以及对于转向负载干扰的预估和补偿,使控制律主动适应PMSM伺服机构参数的变化。并结合李雅普诺夫定理,给出了本文提出的反步自适应控制方法的稳定性的严格证明。仿真结果验证了该方案的有效性,并且在线控转向台架上进行了硬件在环实验验证,实验证明,存在干扰的情况下,应用自适应控制方案,PMSM伺服系统轨迹跟踪过程具有较好的稳定性,尤其是在负载变化时,可以减少跟踪误差,跟踪性能得到极大提高,并将控制器应用到路径跟踪实验中控制底层转向电机,取得了较好效果。
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