自适应分数阶PID交流伺服控制系统研究

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1、密级无分类号ＴＰ２７３ＸＴＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕士学位论文题目：自适应分数阶ＰＩＤ交流伺服控制系统研究作者：胡海涛指导教师：高嵩教授申请学位学科：控制理论与控制工程２０１８年５月２０日自适应分数阶PID交流伺服控制系统研究学科：控制理论与控制工程研究生签字：指导老师签字：摘要伺服控制一直是工业生产控制的重要方式，交流伺服控制更是我国工业现代化的重要内容。为了提高交流伺服控制系统的动态性能，精确的系统模型、最优的控制器设计、

2、最先进的控制方式都是必要条件。随着分数阶系统理论和分数阶控制器的不断发展和应用，可以期待用分数阶为伺服系统建立精确的数学模型，并设计分数阶控制器，从而提高伺服控制过程，获得更好性能。本文在已有的分数阶系统模型经验基础上，改进分数阶控制器设计的寻优算法，设计了一款参数自适应的分数阶控制器，并实现整个伺服控制过程。在系统建模方面，根据永磁同步电机的结构和整数阶数学模型，在已有模型的基础上，参照机理建模和数值建模结合的方法，分别从电流环和机械环两方面对永磁同步电机进行分数阶建模，根据分数阶数学模型设计程序，并在

3、MATLAB/Simulink仿真系统中实现分数阶永磁同步电机的模块封装，为后文仿真验证做好基础。在控制器设计方面，首先分析了分数阶PID控制器结构，研究了各个参数对整个控制过程的影响，并基于向量法重点分析了分数阶控制器的设计过程。然后提出了基于人工蜂群的改进算法来整定分数阶PID控制器，并进一步设计了一种基于人工蜂群算法的参数自适应分数阶PID控制器设计方法。该方法提出了基于误差变化的自适应因子，通过自适应因子实现控制器参数寻优过程步长和选择概率自动随环境变化。最后在MATLAB/Simulink系统上

4、进行实验仿真，分别从阶跃响应和正弦跟随响应上进行分析验证，证明了所提方法的有效性和优良性。在仿真分析方面，为了验证本文算法，在MATLAB/Simulink系统上搭建了自适应分数阶PID控制器模块，分别在本文设计的整数阶PID控制器和分数阶PID控制器下进行了系统仿真，并对结果进行分析，验证了分数阶控制器下的控制效果性能良好。在系统设计方面，为达到更好的控制效果，本文设计了一款具有较高精度的硬件驱动电路。该电路主要包括市电整流部分、供电电路部分、空间矢量算法逆变部分、控制检测部分以及保护电路部分等，在过压

5、、欠压、过流、短路、过温等情况下都可以实现对电路的保护，而且整个系统的滤波转换电路设计精密，能满足具有高性能要求的控制过程。最后基于CCS6.0编写了配套程序，实现了对永磁同步电机的空间矢量法控制。关键词：永磁同步电机；空间矢量控制；分数阶PID；参数自适应算法；改进人工蜂群算法ResearchonACServoSystemwithAdaptiveFractionalOrderPIDControllerDiscipline:ControlTheoryandControlEngineeringStudent

6、Signature:SupervisorSignature:AbstractServocontrolhasalwaysbeenanimportantwayforindustrialproduction.AndAcservocontrolisalsoavitalpartofmodernindustryforourcountry.Thenecessaryconditionsincludeprecisesystemmodel,optimalcontrollerandadvancedcontrolmodeinor

7、dertoimprovetheperformanceofacservocontrolsystem.Withtherapiddevelopmentoftheoryonfractionalordersystemandcontroller,itcanbeattemptedtooptimizetheservocontrolprocessandgetbetterperformancewithmorepreciseservosystemmodelandfractionalordercontroller.Thispap

8、erattemptstoimprovetheoptimizationalgorithmoffractionalordercontrollerbasedontheexperienceoffractionalordersystemmodelestablishedbypredecessors,anddesigncontrollertorealizethewholeservocontrolprocess.Intermsofsystem