【摘 要】
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永磁同步电机因具有高效率、运行可靠、体积较小、重量较轻等众多优点,在工业控制、高档数控机床和无人水面艇等领域成为首选电机之一。然而,永磁同步电机是一个强耦合、多变量的非线性系统,传统PID控制存在诸多不足,已经不能满足高性能控制的要求。因此,将先进的控制方法运用到永磁同步电机控制系统中,对进一步提高控制系统的性能具有重要的意义。本文以自抗扰控制理论为基础,对永磁同步电机的动静态性能和抗扰动能力进行
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永磁同步电机因具有高效率、运行可靠、体积较小、重量较轻等众多优点,在工业控制、高档数控机床和无人水面艇等领域成为首选电机之一。然而,永磁同步电机是一个强耦合、多变量的非线性系统,传统PID控制存在诸多不足,已经不能满足高性能控制的要求。因此,将先进的控制方法运用到永磁同步电机控制系统中,对进一步提高控制系统的性能具有重要的意义。本文以自抗扰控制理论为基础,对永磁同步电机的动静态性能和抗扰动能力进行研究。首先对课题的研究背景及意义进行阐述,介绍永磁同步电机及其控制策略的发展历程。在不同坐标下推导永磁同步电机的数学模型,对矢量控制策略进行论述,重点介绍了最大转矩电流比控制。同时阐述自抗扰控制的三个组成部分,对其基本控制思想进行概述。针对永磁同步电机控制系统中存在控制输入增益未知和抗扰动性能差的问题,以速度信息为基础设计了一种数据驱动扩张状态观测器,能够同时估计出控制输入增益和总扰动,再分别设计速度和位置控制器,实现永磁同步电机的速度和位置控制。通过输入状态稳定性定理和级联系统稳定性定理分析控制系统的稳定性。通过仿真分析,在变速或者负载扰动下,对控制系统的动态响应能力和抗扰动能力进行研究。因事件触发机制具有减少资源占用和能量消耗的优势,使其越来越受到重视。设计了一种基于事件触发的扩张状态观测器及其对应的事件触发条件,通过计算最短触发间隔,避免出现Zeno行为,使用Lyapunov稳定性理论证明控制系统是输入状态稳定的。通过Matlab进行仿真验证,对位置跟踪效果和观测效果进行研究。并对仿真结果进行分析比较,在保证控制效果的同时减少观测器的更新次数,节约计算资源,具有良好的动态特性和抗扰动能力,验证所提方法的优越性和有效性。
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