永磁同步电机伺服系统的滑模控制研究与应用

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1、分类号：TP273密级：不保密UDC：62学校代码：11065硕士学位论文永磁同步电机伺服系统的滑模控制研究与应用卢涛指导教师于海生教授学科专业名称控制科学与工程论文答辩日期2015年6月6日摘要永磁同步电机(PMSM)具有效率高、体积小、输出值转矩大、控制方便等优点，广泛应用于机器人、高精度数控机床等伺服系统。但永磁同步电机易受电机参数及外部扰动的影响，传统的矢量控制和直接转矩控制算法难以达到伺服系统高性能的控制要求。滑模变结构控制有很好的鲁棒性和抗干扰能力，因此得到了国内外许多学者的关注，并应用到永磁同步电机伺服系统中，但是滑模控制会给系统带来抖振。为了在增强系统抗干扰能力的同时降低抖

2、振，本文分别设计了带负载转矩补偿的自适应滑模i0控制器以及自适应滑模MTPA控制器，搭建Matlab仿真模型对d两种方法的控制效果进行验证，并进行对比研究。本文主要内容如下：第一，介绍了PMSM伺服驱动系统及控制算法的国内外发展现状。第二，阐述了本文所用到的滑模变结构控制的理论基础，给出了滑模控制器的设计方法；同时介绍了滑模控制的抖振问题，并提出了有效降低抖振的措施。第三，设计了自适应滑模i0控制器；为了进一步削弱滑模控制带来的抖振，d设计负载转矩观测器观测负载扰动的变化，并将补偿电流叠加到控制器中；给出了电流调节器设计方法，并对系统稳定性进行分析。在Matlab/Simulink

3、环境下搭建仿真模型，仿真结果表明此控制方法不仅有很好的跟踪性能，抗干扰能力和鲁棒性并且降低了滑模控制带来的抖振。第四，使用快速终端滑模面来代替线性滑模面以提高系统响应速度；设计了一种新型的自适应滑模趋近率来增强系统的抗干扰能力，同时降低系统抖振。采用MTPA控制中的曲线拟合法来确定定子d轴、q轴电流以增加控制器实用性。搭架Matlab/Simulink仿真模型，仿真结果表明所提出的控制器有很好的控制性能，并有效降低了系统抖振；并通过与i0控制对比研究可见，MTPA控制可以提高电流利d用率，增加输出转矩，加快电机的响应速度。第五，设计了直角坐标机器人控制系统，分别从硬件设计，软件设计和轨

4、迹规划等方面进行设计。由轨迹规划结果可知，永磁同步机伺服系统很好的应用于直角坐标机器人控制系统中，有很好的工程实用性。仿真和实验表明，设计的PMSM伺服驱动系统滑模控制器以及直角坐标机器人系统控制器效果良好，有很好的应用前景。关键词：滑模控制；自适应控制；MTPA控制；永磁同步电机；伺服系统AbstractThepermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)iswidelyusedinservosystemsuchasrobot,highprecisioncomputernumericalcontrolmachinetoolsystem,becauseithas

5、alotofadvantages,suchashighefficiency,smallsize,largetorqueoutput,convenienttocontroletc.However,PMSMisvulnerableofinternalparametervariationsandexternaldisturbance.TheconventionalvectorcontrolanddirecttorquecontrolalgorithmareusuallyusedinPMSMservosystem,buttheyaredifficulttomeettherequirementsof

6、highperformanceservosystemcontrol.Duetotherobustnessanddisturbanceattenuationoftheslidingmodecontrol,ithasgottheattentionofmanyscholarsandissuccessfullyusedinPMSMservosystem,butitwillbringchatteringtothesystem.Anadaptiveslidingmodecontroller(SMC)withloadtorquecompensationandanadaptiveSMCbasedonMTP

7、Aprinciplearedesignedinthispaperinordertointensifythesystemdisturbanceattenuationandreducechatteringatthesametime.ThecontroleffectandcomparisonresearchofthetwomethodsarevalidatedfromtheMatlabsimulationresults.The