基于惯量辨识的永磁同步电机自抗扰控制策略研究

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永磁同步电机因其启动转矩高,功率密度大,过载能力强等优点,近年来被广泛的应用在高性能控制领域中。但因其本身是一个非线性、强耦合的时变系统,在工况严苛且模型参数易变的内外干扰下,需要其控制算法具备高度的抗扰性能,以保证控制系统具有优良的动静态特性。基于此,本文重点对自抗扰控制技术展开研究,结合转动惯量辨识方法为永磁同步电机设计了高性能的控制算法,提高了控制系统的鲁棒性。首先,本文结合坐标变换对PMSM进行数学建模,实现了被控对象的初步降阶和解耦;对矢量控制策略进行论述,采用di=0的矢量控制方案实现了被控对象的完全解耦;对SVPWM调制技术的实现过程和自抗扰控制理论进行阐述,通过仿真对比LADRC和NLADRC的跟随性能和抗扰性能,总结二者的优缺点,确定本文的研究方案。其次,根据PMSM的状态方程和速度输出方程,结合线性自抗扰控制策略,为PMSM系统设计了二阶自抗扰控制器,详细阐述了控制器各个部分的实现过程以及可调参数的整定方向,对控制器的稳定性进行理论分析,并通过仿真与传统PI控制进行比较,来验证控制算法的控制效果。最后,考虑到复杂工况下,转动惯量值改变会恶化系统的动态特性,本文先后通过频域分析和仿真验证来探讨转动惯量变化对被控系统性能产生的具体影响,分别设计了遗忘因子递推最小二乘法和朗道离散递推最小二乘法,通过仿真对比分析二者的优缺点后,选用抗扰动性能更强,鲁棒性更高的朗道离散递推算法来获取系统转动惯量的精确值,将辨识得到的结果用于实现自抗扰控制器的参数自整定,以优化被控系统整体的动态特性,扩大自抗扰控制器的适应范围。
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