基于自抗扰和分数阶pd控制的永磁同步电机伺服控制策略研究

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1、基于自抗扰和分数阶PD控制的永磁同步电机伺服控制策略研究杨嘉伟2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540基于自抗扰和分数阶PD控制的永磁同步电机伺服控制策略研究作者姓名杨嘉伟学院名称自动化学院指导教师廖晓钟教授答辩委员会主席刘向东教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月PMSMservocontrolstrategybasedonADRCandfractionalorderPDcontrolCandidateName：JiaweiYangSchoolorDepartment:SchoolofAutomationF

2、acultyMentor:Prof.XiaozhongLiaoChair,ThesisCommittee：Prof.XiaodongLiuDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015摘要永磁同步电机转子为永磁体，定子为三相绕组。它运行可靠、控制方便、损耗小，被广泛应用于交流伺服系统中。由于电机模型的不确定性和强耦合性，以及运行过程中参数变化、负载扰动等因素，影响了永

3、磁同步电机在伺服系统中获得较高的性能。μ本文基于此背景将分数阶PD控制器、自抗扰控制技术以及矢量控制技术相结合，提出永磁同步电机伺服控制系统实现更高控制性能的控制策略及设计方法。本文首先简述了矢量控制的基本原理，以及永磁同步电机在dq旋转坐标系下的数学模型，同时介绍了在矢量控制中使用的SVPWM调制技术和SVPWM快速实现的方法。然后介绍自抗扰控制技术的原理及线性调参的方法，针对线性自抗扰的控制性μ能过度依赖扩张状态观测器这一问题进行了分析，提出用分数阶PD控制器替代整数μ阶PD控制器这一控制策略。分析分数阶PD控制器的原理及动态性能，针对永磁同步电机伺服控制系统，提出在速度控制中

4、采用扩张状态观测器观测系统扰动，用分数μμ阶PD控制器作为反馈控制器，在位置控制中采用分数阶PD控制器作为反馈控制器。μ分数阶PD控制器与自抗扰控制技术结合不仅可以消除传统线性自抗扰控制器对扩张状态观测器观测精度的依赖，同时扩张状态观测器还可以将系统不确定性维持在分μ数阶PD控制器的不敏感区域内。本文在理论研究的基础上，首先对所提方法的效果进行了仿真分析，仿真结果证实了所提方法的有效性；之后根据此方法搭建了硬件平台和软件实验平台并进行实验，实验结果也很好地证实了该方法的准确性和有效性。本文提出的控制策略具有先进性、创新性和工程实用性，为以后实际应用提供了一个良好的参考。关键词：永磁

5、同步电机；伺服；自抗扰；分数阶；矢量控制IAbstractPermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)includesapermanentmagnetrotorandthree-phasestatorwindings.Itisreliable,easytocontrol,lowloss,soithasbeenwidelyusedinACservosystem.Thefactorssuchastheuncertaintyofthemotormodel,thestrongcoupling,changingparametersduringoperation,

6、loaddisturbances,limitthepermanentmagnetsynchronousmotorachievinghighperformanceinACservosystem.Basedonthisbackground,toachievehighercontrolperformanceinpermanentmagnetsynchronousmotorservocontrolsystem,thispapercombinesthefractionalordercontroller,theactivedisturbancerejectioncontrol(ADRC)tec

7、hnologyandvectorcontroltechnologytoprovideanefficientcontrolstrategy.Atfirst,thispaperintroducesthebasicprincipleofvectorcontrolandthepermanentmagnetsynchronousmotormathematicalmodelinthedqrotatingcoordinatesystem.Atthesametime,thispape