永磁同步伺服系统变增益ESO自抗扰控制研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）永磁同步伺服系统变增益ESO自抗扰控制研究王发良二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111504075广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）永磁同步伺服系统变增益ESO自抗扰控制研究王发良指导教师姓名、职称：曾岳南教授专业或领域名称：控制科学与工程学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：二〇一八年五月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)Researcho

2、nTime-varyingGainExtendStateObserverActiveDisturbanceRejectionControlforPermanentMagnetSynchronousMotorServoSystemCandidate:WangFaliangSupervisor:Prof.ZengYuenanMay2018SchoolofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要永磁同步电机(PMSM)具有体积小、重量轻、运行可靠、功率密度高等优点，

3、广泛应用于工业机器人、数控加工机床、轨道交通、航空等领域。然而PMSM是一个非线性、强耦合的多变量系统，对于伺服系统控制方法的要求较高。本文从控制算法的角度出发，对提高PMSM伺服系统性能的方法进行了研究。本文首先介绍永磁同步电机的数学模型，推导并分析各种坐标系下的永磁同步电机数学模型。在坐标变换的基础上，分析矢量控制技术的原理，介绍几种不同的矢量控制方法，并选取i=0的控制方法。阐述非线性自抗扰控制器(NLADRC)及线d性自抗扰控制器(LADRC)的原理，详细介绍NLADRC及LADRC的三个重要组成部分：跟踪微分器(TD)，状态误差反馈控制律(SEF)和扩张状态观测器(ES

4、O)，并对此三部分各自的功能、原理及其数学模型进行分析，为后续章节中自抗扰控制技术的应用做了很好的理论铺垫。其次通过严格的数学分析，研究分析线性扩张状态观测器(LESO)有初始误差时存在的峰值现象。对峰值现象的产生机理进行细致的分析，在此基础上设计变増益扩张状态观测器，通过将观测器增益设置为时变的形式可以削弱初始阶段的峰值现象，利用李雅普诺夫变换和微分代数谱理论(DAST)推导变增益扩张状态观测器的参数整定方法，仿真实验验证对线性扩张状态观测器改进措施的优越性。随后重点探讨矢量控制框架下PMSM伺服系统的电流环、速度环自抗扰控制器的设计过程以及参数整定方法，简要介绍位置环自抗扰控

5、制器的设计。采用变增益ESO自抗扰控制器，可以有效削弱传统线性扩张状态观测器初始时刻存在的峰值现象，从而提高了观测器的观测精度，增强了系统响应的快速性和准确性。最后在理论研究的基础上，对所提方法的效果进行仿真分析及实验验证，仿真和实验结果很好地证实该方法的准确性和有效性。关键词：永磁同步电机；自抗扰控制；变增益扩张状态观测器；参数整定IABSTRACTABSTRACTPermanentMagnetSynchronousMotor(PMSM)hastheadvantageofsmallsize,lightweight,reliableoperationandhighpowerden

6、sity,PMSMiswidelyusedinindustryrobots,CNCmachines,railtransportationandaviationfield.However,PMSMisanonlinear,highcouplingandmultivariablesystem,sodemandingforthecontrolstrategy.Fromtheperspectiveofcontrolalgorithm,thisdissertationinvestigatessomemethodstoimprovetheperformanceofPMSMservosyste

7、ms.Firstly,PMSMwasanalyzedmathematically,modelsunderdifferentcoordinatesystemarepresented.Accordingtothecoordinatetransformationtheory,vectorcontrolmethodisintroduced,severalvectorcontrolstrategiesisprovided,andchosei=0dplanforthecontrolsyste