永磁伺服系统快速响应控制方法研究

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1、学校代号：10532学密号：S11092090级：普通湖南大学硕士学位论文永磁伺服系统快速响应控制方法研究堂僮由请厶姓名!周滔滔昱咂姓名厦驱褪!黄抖丞副教援诠文提童日期；2Q!垒生Q垒月3Q旦迨窒簦迸旦期12Q!垒生Q三旦!Z旦ResearchonthePermanentMagnetServoSystemControlMethodforRapidResponsebyZHOUTaotaoB．E．(UniversityofSouthChina)201AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequir

2、ementsforthedegreeofMasterofEngineeringElectricalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHUANGKeyuanApril，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声

3、明的法律后果由本人承担。作者签名：氰硝汜日期：沁7甲年岁月研日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于作者签名：导师签名：1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“／”)冈稻审＆日期：汐，V年f月冲日日期：知，4年f月27日永磁伺服系统快速响应控制方法

4、研究摘要永磁同步电机拥有控制特性好、体积小、效率高、功率密度高、可靠性高等优点，并随着电力电子、计算机、微电子和现代控制等技术的发展，以及永磁同步电动机的设计和制造水平不断提高，永磁同步电机己成为伺服系统中应用最广泛的电机。并且，永磁同步电机伺服系统成为数控机床、大规模集成电路制造设备、航空航天、机器人等领域的重要驱动部件，广泛应用于现代自动化工业中。但同时现有的永磁伺服产品仍存在不能满足工业自动化日益增长的要求，特别是对永磁伺服系统快速响应性能的要求。因此，论文主要研究提高永磁伺服系统动态响应速度的控制方法，并且在提高动态性能的同时实现无

5、超调控制，解决伺服系统中响应速度和超调量之间的矛盾。首先，论文总结分析了永磁伺服系统快速响应性能方面的研究现状和现有提高系统动态响应速度的几种方法；建立了永磁同步电动机的数学模型，并简单介绍了永磁伺服系统的基本组成成分；分别建立了永磁位置伺服系统的电流环、速度环以及位置环的数学模型，并推导出传递函数，从传递函数设计出电流环和速度环调节器的参数；对永磁位置伺服系统进行传递函数分析，表明普通位置伺服系统为了保证无超调或者小超调，系统动态响应速度很低。其次，针对普通永磁位置伺服系统响应速度低的问题，文章提出在伺服系统中引入微分前馈控制，微分前馈控

6、制能提前预知给定信号，从而做到提前响应来提高响应速度。文章阐述了前馈控制的基本原理以及在位置伺服系统中的应用，推导出位置伺服系统前馈控制函数。文章分析出普通前馈伺服系统能大幅度提高恒速段给定位置指令的动态响应性能，而对于加减速段位置给定指令作用效果不佳。针对此，文章进一步提出在电流环和速度环分别引入前馈补偿的新型前馈位置伺服系统，建立了闭环传递函数，推导出新型前馈控制的前馈函数和前馈系数的表达式。新型的前馈控制在电流环增加了转矩预测补偿，能有效实现恒速段和加减速段的快速动态跟踪。文章通过分析前馈函数，表明伺服系统前馈控制对于阶跃等非连续给定

7、位置指令作用效果不明显，且不能抑制系统超调。故而文章建立了微分反馈控制系统数学模型和闭环传递函数并对其进行定性分析，表明微分反馈控制能有效抑制伺服系统超调，但同时对响应速度有抑制作用。因此，文章提出在微分前馈伺服系统的基础上，引入微分反馈控制。建立了含前馈微分和反馈微分控制的伺服系统数学模型和传递函数，推导出新型系统的前馈和反馈微分函数，确定了系数的表达式，分析了新型系统中前馈微分和反馈微分的自适应调节过程，理论表明新型系统能够发挥在位置信号大误差情况下反馈微分抑制超调II硕士学位论文的优点以及小误差情况下前馈微分提高响应速度的优点，从而真

8、正实现无超调快速控制，解决响应速度和超调量的矛盾。最后，在matlab2008a环境下搭建了所设计系统的仿真模型并进行了仿真实验，同时构建了永磁电机伺服驱动控制系统的软硬件控制平