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1、分類號(hào)：TP273密級(jí)：不保密UDC：62學(xué)校代碼：11065碩士學(xué)位論文永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的滑模控制研究與應(yīng)用盧濤指導(dǎo)教師于海生教授學(xué)科專業(yè)名稱控制科學(xué)與工程論文答辯日期2015年6月6日摘要永磁同步電機(jī)(PMSM)具有效率高、體積小、輸出值轉(zhuǎn)矩大、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、高精度數(shù)控機(jī)床等伺服系統(tǒng)。但永磁同步電機(jī)易受電機(jī)參數(shù)及外部擾動(dòng)的影響，傳統(tǒng)的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制算法難以達(dá)到伺服系統(tǒng)高性能的控制要求?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制有很好的魯棒性和抗干擾能力，因此得到了國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注，并應(yīng)用到永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)中，但是滑模控制會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)抖振。為了在增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力的同時(shí)降低抖
2、振，本文分別設(shè)計(jì)了帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?的自適應(yīng)滑模i?0控制器以及自適應(yīng)滑模MTPA控制器，搭建Matlab仿真模型對(duì)d兩種方法的控制效果進(jìn)行驗(yàn)證，并進(jìn)行對(duì)比研究。本文主要內(nèi)容如下：第一，介紹了PMSM伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制算法的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。第二，闡述了本文所用到的滑模變結(jié)構(gòu)控制的理論基礎(chǔ)，給出了滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)方法；同時(shí)介紹了滑?？刂频亩墩駟?wèn)題，并提出了有效降低抖振的措施。?第三，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)滑模i?0控制器；為了進(jìn)一步削弱滑?？刂茙?lái)的抖振，d設(shè)計(jì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器觀測(cè)負(fù)載擾動(dòng)的變化，并將補(bǔ)償電流疊加到控制器中；給出了電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法，并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。在Matlab/Simulink
3、環(huán)境下搭建仿真模型，仿真結(jié)果表明此控制方法不僅有很好的跟蹤性能，抗干擾能力和魯棒性并且降低了滑?？刂茙?lái)的抖振。第四，使用快速終端滑模面來(lái)代替線性滑模面以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度；設(shè)計(jì)了一種新型的自適應(yīng)滑模趨近率來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)降低系統(tǒng)抖振。采用MTPA控制中的曲線擬合法來(lái)確定定子d軸、q軸電流以增加控制器實(shí)用性。搭架Matlab/Simulink仿真模型，仿真結(jié)果表明所提出的控制器有很好的控制性能，并有?效降低了系統(tǒng)抖振；并通過(guò)與i?0控制對(duì)比研究可見(jiàn)，MTPA控制可以提高電流利d用率，增加輸出轉(zhuǎn)矩，加快電機(jī)的響應(yīng)速度。第五，設(shè)計(jì)了直角坐標(biāo)機(jī)器人控制系統(tǒng)，分別從硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)和軌
4、跡規(guī)劃等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。由軌跡規(guī)劃結(jié)果可知，永磁同步機(jī)伺服系統(tǒng)很好的應(yīng)用于直角坐標(biāo)機(jī)器人控制系統(tǒng)中，有很好的工程實(shí)用性。仿真和實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)的PMSM伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)滑?？刂破饕约爸苯亲鴺?biāo)機(jī)器人系統(tǒng)控制器效果良好，有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：滑?？刂?；自適應(yīng)控制；MTPA控制；永磁同步電機(jī)；伺服系統(tǒng)AbstractThepermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)iswidelyusedinservosystemsuchasrobot,highprecisioncomputernumericalcontrolmachinetoolsystem,becauseithas
5、alotofadvantages,suchashighefficiency,smallsize,largetorqueoutput,convenienttocontroletc.However,PMSMisvulnerableofinternalparametervariationsandexternaldisturbance.TheconventionalvectorcontrolanddirecttorquecontrolalgorithmareusuallyusedinPMSMservosystem,buttheyaredifficulttomeettherequirementsof
6、highperformanceservosystemcontrol.Duetotherobustnessanddisturbanceattenuationoftheslidingmodecontrol,ithasgottheattentionofmanyscholarsandissuccessfullyusedinPMSMservosystem,butitwillbringchatteringtothesystem.Anadaptiveslidingmodecontroller(SMC)withloadtorquecompensationandanadaptiveSMCbasedonMTP
7、Aprinciplearedesignedinthispaperinordertointensifythesystemdisturbanceattenuationandreducechatteringatthesametime.ThecontroleffectandcomparisonresearchofthetwomethodsarevalidatedfromtheMatlabsimulationresults.The
