基于能量成形方法的伺服系统驱动的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jhzdw1982
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交流电机是一个本质非线性系统,且由于电机模型参数不确定、强耦合等特性,使得交流电机数学模型的准确建立较为复杂。这就导致了交流电机速度和转矩控制的困难,调速系统的精度和成本也受到了很大的影响。近年来,基于无源理论的能量成形方法引起了电机控制领域专家和学者们的广泛关注。根据无源理论,应用能量成形方法控制交流电机时,所采用的数学模型一般是EL或者PCHD模型。本文采用机械和电磁系统统一的PCHD模型,选取交流伺服传动系统的机械能和电磁能之和作为系统的总能量函数,根据给定的期望转速,设计出无源速度反馈控制器。  首先,介绍了交流伺服电机传动系统驱动控制的国内外研究现状,以及近几十年来一些先进控制策略的研究进展。  其次,分析研究了能量成形方法的理论基础——无源性、输入输出稳定性等一些重要概念和结论。  再次,本文基于无源控制理论和IDA-PBC控制方法,研究了实验室已有X-Y两轴伺服平台用永磁同步伺服电机的速度反馈控制,求出了该型号交流伺服电机在不同坐标系上的数学模型。最后本课题利用该方法分别求得了电机在不同运行状况下的无源速度反馈控制器。  然而在利用能量成形方法建模时,忽略了电机转子磁链等参数在实际运行中由于电机升温、外界干扰等所引起的变化。鉴于此,本文在分析了前人研究成果中长处与不足的基础上,提出一种新的转子磁链辨识算法,使得系统具有更好的鲁棒性。最后本课题在MATLAB环境下进行了仿真实验,研究结果验证了无源自适应反馈控制方法的有效性。研究结果还表明,参数辨识模型的加入可以更显著地提高能量成形方法在交流伺服系统实际应用中的价值。  为了更好地将该方法应用到生产实际中,本课题结合实验室条件设计了交流伺服电机驱动电路,为后续研究与性能改进提供了可靠的硬件实验平台。
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