基于干扰观测器的永磁同步电机控制方法研究

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作为电器或各种机器的动力源,电机的主要功能是产生驱动转矩。在各种交流伺服驱动器中,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)以其体积小、噪声低、起动牵引力大、响应快、功率密度大、效率高等优点,在机器人等领域得到了广泛的应用。然而,永磁同步电机是一个参数时变、强耦合、多变量的高阶非线性系统,且存在建模误差、电路噪声、负载等多种干扰,实现电机的高性能控制很困难。目前,永磁同步电机的高精度控制是一个具有挑战性的问题,受到了广泛关注。本文主要针对永磁同步电机的速度跟踪和抗干扰控制问题进行研究,主要的工作和创新点如下:(1)针对永磁同步电机控制系统中存在多源干扰的问题,本文提出了一种基于干扰观测器的自适应控制策略。首先,该方法将电机系统中的干扰分为可建模的负载干扰和电路噪声、模型误差等效的能量有界干扰。其次,设计干扰观测器估计负载干扰,并采用自适应控制器补偿电机系统中可建模干扰估计误差和范数有界干扰,实现电机转速的快速跟踪控制。与传统干扰抑制方法相比,本方法不需要对范数有界干扰上界已知,而且具有更高的控制精度。(2)针对永磁同步电机控制系统中存在多源干扰的问题,本文提出了一种基于干扰观测器的非奇异终端滑模自适应控制方法。首先,该方法将电机中的干扰分为两部分,分别为可建模的负载干扰和等效的能量有界干扰。其次,可建模的负载干扰及其导数使用干扰观测器估计,使得电机调速系统的精度得到提高。再次,设计非奇异终端滑模控制器,补偿范数有界干扰并保证调速系统能够达到稳定。与已有的终端滑模控制策略相比,本文所提出的方法具有非奇异性而且具有较好的抗干扰性能。(3)针对非线性PMSM控制系统,本文提出了一种基于干扰观测器的自适应反推控制方法。首先,该方法将电机系统中的干扰分为外系统描述的干扰和负载干扰。其次,通过反推控制方法控制电机,实现电机的解耦,并采用自适应控制率补偿系统中负载误差,实现电机速度的快速跟踪控制。该方法无需将电机的数学模型线性化,减少了系统的不确定性,而且在反推控制中加入了对负载干扰的自适应补偿。与传统的反推控制方法相比,本文提出的方法同时具有干扰抵消和干扰抑制性能。对本文的PMSM调速控制方法进行仿真验证,仿真结果表明本文所提出的基于干扰观测器的抗干扰控制方法能提高系统的控制精度,具有较好的抗干扰能力和鲁棒性,同时在实际系统中具有较好的使用前景。
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