基于ARM的模糊自抗扰位置伺服控制器实现

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工业领域向自动化的发展使得伺服控制系统在数控机床、航空航天、机器人等领域不可或缺,永磁材料和控制策略的发展使得永磁同步电机可以在性能和控制算法的简易程度上媲美直流电机,新型电力电子器件和高性能微控制器的诞生则使伺服系统由分立向集成、模拟向数字、低频向高频发展。在此背景下,本文完成对永磁同步电机伺服控制器的研发,所实现的伺服控制器可以完成速度控制和位置控制两种控制方式。首先,本文从永磁同步电机的数学模型出发,阐述空间电压矢量脉宽调制技术,结合i_d=0控制策略以及PI控制器来构成永磁同步电机闭环控制系统。针对使用传统PI控制器使得系统的调速性能受其参数影响较大的问题,提出在速度环中使用模糊自适应PI代替传统PI控制器实时调整系统运行过程中的PI参数。Matlab/Simulink仿真结果表明,使用模糊自适应PI控制相比传统PI控制的响应速度更快、超调量更小。其次,针对实际应用中伺服系统对位置控制更为苛刻的要求,使用自抗扰控制来代替传统PI闭环,可以避免位置超调的问题,并提出在自抗扰控制的非线性误差反馈控制律中加入模糊控制思想,通过实时调整其增益参数来提高系统响应速度和鲁棒性。Matlab/Simulink仿真结果表明基于模糊自抗扰的位置闭环控制系统避免了超调量的出现,并相比自抗扰控制响应速度更快,鲁棒性进一步提高。之后,使用ARM系列STM32F405ZG作为伺服控制器的主控制芯片,通过确定伺服控制器的功能来进行硬件方案设计,在软件方案设计上使用Keil u Vision来进行代码汇编,实现控制算法和底层硬件驱动层的接口配置。最后,基于永磁同步电机伺服控制器进行了相关的验证性实验,实验结果表明上述理论和设计方案的正确可行,且具有一定的实用性。
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