基于滑模控制的机械谐振抑制研究

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电机在驱动负载时,与负载组成双惯量系统。双惯量系统中,由于模型本身的特性,系统会不可避免的产生机械谐振。其直观表现在电机端的角速度和负载端的角速度有差值,系统伯德图中出现峰值;危害主要是造成设备机械部分的损伤,使设备达不到设计要求,降低设备使用年限。高性能的伺服驱动系统中,机械谐振的抑制问题已经成为判断伺服系统性能是否优良的一个重要参考指标。本文中对传统的谐振抑制方法进行分析,传统控制方法将电机端和负载端惯量进行等效处理,其控制策略主要还是针对电机端的控制。其中,基于PI的控制方法主要是增大系统的阻尼;基于陷波器的控制方法需要检测或估计出被控系统的谐振频率,针对此谐振频率设计数字陷波器。此类方法在实际工程应用中主要因鲁棒性不佳的问题而受到限制。本文的研究中以双闭环的调速系统作为研究对象。速度控制器采用高阶(三阶)滑模控制器,电流控制器设计为二阶滑模控制器,以永磁同步电机(PMSM)作为驱动电机的双惯量系统为被控对象。分析了滑模控制器的设计原理和设计过程,提出一种新型趋近律,验证了新型趋近律在趋近过程中的快速性。通过设计滑模扰动观测器研究分析观测器在扰动存在的情况下观测的速度和准确性并通过Simulink仿真验证。分别采用电机端的速度反馈和负载端的速度反馈仿真比较,验证了采用负载端速度反馈时抑制谐振的有效性及系统的鲁棒性。
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