超低速伺服转台用永磁同步电机控制系统研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liaotianeryi2
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近年来,随着我国国防军事技术、外太空探索技术、工业精密加工技术等方面的进步,伺服转台已被广泛应用于诸多领域,但是当其处于超低速运行时,会受到非线性摩擦转矩和周期性扰动转矩等因素的干扰,影响转台运行的位置精度和转速平稳性。本文的工作是对超低速控制系统下扰动转矩的抑制策略进行研究,主要的工作如下:首先,建立超低速永磁同步电机控制系统的数学模型,并且研究了周期性电磁扰动转矩的产生机理:电流采样电路的采样偏置和增益不匹配问题会产生电机电频率同频和二倍频的转矩波动、电机的磁链谐波和逆变器的死区效应会产生电机电频率的6n倍频转矩波动、电机的齿槽效应会造成与齿槽数相关的转矩波动。基于Stribeck模型建立了等效的分段线性摩擦模型,分析周期性扰动转矩和摩擦转矩对超低速控制系统的影响。其次,研究基于模型的扰动转矩抑制策略,针对周期性扰动转矩提出了改进比例谐振控制器,提高了传统比例谐振控制器的稳定裕度,改进了突加负载时的动态特性;针对摩擦转矩提出了基于Lu Gre摩擦模型的自适应摩擦补偿策略,通过设计摩擦状态变量双观测器,利用Lyapunov函数稳定性原理设计控制率,从而可以动态地跟踪摩擦转矩系数,降低电机经过零速时的转速波动。采用比例谐振控制结合自适应摩擦补偿的综合控制策略,可以同时抑制周期性波动转矩和摩擦转矩的影响。再次,研究基于滑模变结构的扰动转矩抑制策略,不需要扰动转矩的数学模型即可抑制扰动转矩带来的转速波动。采用积分滑模面和新型趋近率设计滑模控制器,结合扩张状态观测器观测扰动转矩进行前馈补偿,降低了扰动转矩带来的转速波动,尽管抑制效果不如基于模型的扰动转矩抑制策略,但是其对未建模的扰动有更好的抑制作用。最后,基于模块化设计的思想设计了电机控制器的硬件电路部分,包括DSP控制板,信号处理板,功率驱动板,提出了双通道旋变的解码纠错算法,分析了速度滑动平均滤波的数学原理,提出了自举驱动电路的电压矢量限幅SVPWM调制策略,完成硬件调试和实验台架搭建,完成改进比例谐振控制器的实验验证。
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