【摘 要】
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线性ADRC(Active Disturbance Rejection,ADRC)控制因其不需要精确的系统模型,能协调系统的快速性和超调性能,响应速度快等优点受到了各行业的青睐。本文针对永磁同步直线电机的位置环进行研究,将线性ADRC控制算法应用到直线电机位置环控制器上,并针对永磁同步直线电机位置环ADRC控制器中的线性ESO(Extended State Observer,ESO)环节进行改进,
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线性ADRC(Active Disturbance Rejection,ADRC)控制因其不需要精确的系统模型,能协调系统的快速性和超调性能,响应速度快等优点受到了各行业的青睐。本文针对永磁同步直线电机的位置环进行研究,将线性ADRC控制算法应用到直线电机位置环控制器上,并针对永磁同步直线电机位置环ADRC控制器中的线性ESO(Extended State Observer,ESO)环节进行改进,以改善其观测扰动的相位滞后和抗扰能力。首先,本文将永磁同步直线电机位置-电流双环控制结构应用于永磁同步直线电机系统中,这种控制结构的位置环输入为位置给定信号,输出为转矩电流的参考值,该被控对象为二阶系统。根据这一个二阶系统建立位置环ADRC控制器,其中采用的扩张状态观测器为三阶线性ESO。其次,针对传统的三阶线性ESO相位滞后较大的问题,研究了高阶的线性ESO与降阶的线性ESO,在频域中分析这三种线性ESO的抗扰性能,并在仿真中验证了高阶与降阶线性ESO在抗扰性能方面的优越性。之后,由于高阶线性ESO在中高频段增益增大,可能会引起系统不稳定;降阶线性ESO容易引入测量噪声的问题,本文提出了PLESO(Phase-leading Extended State Observer,PLESO),即将相位校正网络引入三阶线性ESO。与传统的三阶线性ESO相比,PLESO在观测扰动时相位滞后小且调节扰动性能的方式简便。仿真结果验证了由PLESO构成的ADRC控制器的优越性。再次,本文将标准粒子群算法用于线性自抗扰控制器的参数整定。由于利用线性ADRC的传统的带宽法在进行参数整定时,往往只能通过经验法来确定观测器和控制器的带宽从而确定自抗扰控制器的参数。故本文在带宽法的基础上,利用粒子群算法,使其在带宽法整定的参数的一定范围内再次进行寻优。仿真结果验证了通过粒子群寻优得到的参数控制效果更佳。最后,本文在基于TMS320F28379D芯片的永磁直线同步电机实验平台上进行实验,验证上述算法的有效性。实验结果表明,高阶线性ESO、降阶线性ESO与PLESO都能降低传统三阶线性ESO的相位滞后,对扰动的响应速度更快,但高阶ESO容易造成系统震荡;标准粒子群算法整定出来的参数与带宽法相比,能更有效抑制扰动,降低电机的位置跌落。
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