基于干扰观测器的电机速度跟踪控制

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1、校代码10530学号201510171869分类号TP302密级公开硕士学位论文基于干扰观测器的电机速度跟踪控制学位申请人黄奇卉指导教师兰永红教授学院名称信息工程学院学科专业控制工程研究方向智能控制技术及应用二○一八年六月六日DisturbanceObserver-basedSpeedTrackingControlforMotorCandidateQi-HuiHuangSupervisorProf.Yong-HongLanCollegeCollegeofInformationEngineeringP

2、rogramControlEngineeringSpecializationIntelligentcontrolTheoryandApplicationDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune6th.2018摘要随着社会的不断进步和科技的快速发展，电机在电子、机械、运输、医疗、航天、化工、军事以及轻工业等方面得到广泛应用。电机是高度耦合、结构复杂的多变量非线性系统，采用传统的控制方法已不能够满足现实应用中电机控制系统的

3、高性能指标要求。近些年来，非线性控制算法已被逐步引入到电机控制系统的研究与应用中，有效地提升了电机速度跟踪系统的快速性、鲁棒性以及稳定性能。在实际工程项目中，复杂的系统难以建模，系统会受到外界的干扰等无法有效避免的因素，容易影响系统内部的稳定性。另一方面，系统中存在的摩擦、负载扰动等因素是不可直接观测的，而引入干扰观测器能有效抑制外部干扰。本文的主要内容研究基于干扰观测器的电机速度跟踪控制方法，论文的主要工作如下：（1）基于干扰观测器的永磁同步直线电机（PMLSM）的互补滑模控制。针对永磁直线同步电

4、机伺服系统中存在的参数不确定性、摩擦及负载扰动等不利因素，提出一种基于干扰观测器的互补滑模控制方法。首先，将广义滑模面和互补滑模面相结合构成新型互补滑模变结构控制器，结合李雅普诺夫稳定性理论证实此控制器可确保系统跟踪误差的收敛性；同时，相关的切换函数一般采取饱和函数来更替传统的符号函数，有效降低滑模控制产生的抖振现象。其次，对于系统中存在的干扰和不确定因素，利用系统状态变量来构造干扰观测器，并将观测器对干扰的估计值反馈到滑模控制器中进行补偿，以达到消除干扰的目的。（2）基于干扰观测器的永磁同步电机（

5、PMSM）的反馈控制。针对来源于PMSM外部的动态干扰，提出一种干扰观测器（DOB）与反馈控制相结合的复合控制方案。通过构造干扰观测器，将干扰观测器的输出引入到状态反馈控制器中，降低外部干扰对系统的影响，从而达到干扰抑制的目的。根据Lyapunov稳定性理论和矩阵奇异值分解技巧，获得系统稳定性条件和控制器的参数求解方法。针对上述步骤，利用数值仿真，验证方法的有效性。（3）基于干扰观测器（DOB）的永磁同步电机的反推控制。为了改善具有外源干扰的PMSM调速控制系统的控制性能，提出一种基于DOB的反推控

6、制调速策略。首先，针对来源于PMSM外部系统的动态干扰，采用系统状态变量构造干扰观测器，并将DOB的设计问题转化成关于系统误差的稳定性问题。进一步，借助Lyapunov稳定性定理，获得基于线性矩阵不等式的DOB的存在条件和设计策略。然后，为了设计有效的控制器，通过在实时重构干扰的系统下，结合反推控制策略，使系统具有良好的速度跟踪、转矩响应及干扰抑制性能。关键词：永磁同步电机；干扰观测器；互补滑模控制；反推控制IAbstractWiththecontinuousprogressofthesociety

7、andtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,themotorhasbeenwidelyusedinelectronic,mechanical,transportation,medical,aerospace,chemical,militaryandlightindustry.Themotorisamultivariablenonlinearsystemwithhighcouplingandstructuralload,andthetraditionalc

8、ontrolmethodcannotmeetthehighperformanceindexrequirementsofthemotorcontrolsysteminthepracticalapplication.Inrecentyears,inordertoimprovethequickness,robustnessandstabilityofthemotorspeedtrackingsystem,thenonlinearcontrolalgorithmhasbeen