【摘 要】
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本文以数字交流永磁伺服系统为平台,对其电流环的动态性能进行了研究。电流环作为伺服系统的内部环节,其动态性能的好坏是整个系统的关键。本文以提高交流永磁伺服系统的动态
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本文以数字交流永磁伺服系统为平台,对其电流环的动态性能进行了研究。电流环作为伺服系统的内部环节,其动态性能的好坏是整个系统的关键。本文以提高交流永磁伺服系统的动态性能为目的,从动态解耦、电压抗饱和及PI控制器参数自整定三个方面对电流环进行了研究和设计。
本文首先介绍了课题的研究背景,以及相关技术的国内外研究现状。然后对永磁同步电动机在dq坐标系下的数学模型和控制原理进行了说明,并且建立了交流永磁伺服系统的MATLAB仿真模型,通过实验验证了所建模型的稳定性与可靠性。
由于矢量控制未能实现转矩电流和励磁电流两个分量之间的动态解耦控制,本文在比较了几种动态解耦的方法之后,采用了优势比较明显的双PI动态解耦的方法。仿真实验中通过对几种动态状况下动态解耦方法的比较,得出双PI动态解耦方法效果明显并且对电机参数变化不敏感等结论。物理实验中进行了启动加速实验,两个电流分量动态耦合程度减小,上升时间也有了约5%的提高。
直流电压有限的电压源型逆变器容易导致电压饱和现象的发生,本文对反计算法进行改进后,运用到了电压抗饱和处理中,然后与动态解耦结合起来,通过补偿减小了抗饱和设计对动态解耦的影响。仿真实验中,对几种抗饱和方法的效果进行了比较,得到了本文中提出的抗饱和设计效果明显而且对动态解耦控制影响小的结论。物理实验中,加入电压抗饱和设计后,在发生电压饱和现象时电流的振荡幅度减小,系统的稳定性提高。
由于普通的PI控制器很难满足伺服系统各种工况下的性能要求,本文对电流环的PI控制器进行了参数自整定设计,将模糊控制原理与PI控制器相结合形成模糊PI控制器,其实现简单,满足伺服系统的实时性要求。将设计的模糊PI控制器加入到电流坏中进行了仿真实验,两个电流分量的跟踪能力都得到了提高。最后,将动态解耦控制、电压抗饱和设计及模糊PI控制器结合起来进行了仿真实验,原有伺服系统的速度上升时间缩短了约20%,电流的超调与振荡都大大减小,使系统的动态性能得到了提高。
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