基于滑模变结构的pmsm定位控制研究

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1、分类号：TM351密级：UDC：621.3编号：河北工业大学硕士学位论文基于滑模变结构的PMSM定位控制研究论文作者：高国旺学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：控制科学与工程指导教师：孙鹤旭职称：教授ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofControlScienceandEngineeringTHESTUDYOFPMSMPOSITIONINGCONTROLBASEDONSLIDINGMODEVARIABL

2、ESTRUCTUREbyGaoGuowangSupervisor:Prof.SunHexuDecember2014摘要电机的定位不同于启动和调速控制，是伺服控制的一种特殊运动形式，要求有很高的定位精度和动态的响应性能。大惯性负载应用比较广泛，比如日常生活、工业、建筑、航空航天、军工等领域。由于大惯性负载具有较大的转动惯量，因此带有大惯性负载的运动系统响应有严重的滞后特性，导致在实际应用中实时控制被控对象的准确位置比较困难，对于定位时间和精度较高的场合是个难点。本文分析了滑模控制（SMC）理论，各种

3、滑模面和趋近律优缺点，以及可变参数的变化对运动系统产的影响。由于实际控制中负载转矩不可测，因此在降阶状态观测器理论基础上设计了PMSM负载转矩观测器及其离散形式。在PMSM数学模型及交流步进控制理论基础上，仿真了电机的点动运动，得出交流步进控制在位置控制上的优势。由于大惯性负载下传统的三段速度定位控制很难达到较高的定位精度和时间要求，采用鲁棒性更强的SMC对原有的控制策略进行优化。在SMC理论基础上设计了电机定位控制的滑模控制器。通过规划速度和位置曲线，升速和恒速阶段仍采用交流步进控制，减速阶段采

4、用交流步进控制电流相角，SMC调节电流幅值的方法，实现系统在高速下快速精准定位。根据所得控制器，对输出滑模控制量为电流相角和幅值两种情况进行了建模与仿真，对比分析了两种控制方法下PMSM的特性。针对较长定位距离下SMC存在超出限定转速以及优化后的传统三段速度定位控制升速和恒速阶段转矩脉动较大问题，在离散电流控制基础上进行改进，提出电流矢量相位与幅值分阶段协调控制的策略，以改善转矩特性，并结合分段滑模控制理论，在电机运行的不同阶段针对不同的目标得到各自的控制量，实现大惯性负载下PMSM位置伺服系统快

5、速精准定位，最后通过仿真和实验，验证了这种控制策略能够提高PMSM定位精度和系统鲁棒性。关键字：永磁同步电机大惯性负载定位滑模控制相幅协调控制IABSTRACTThepositioncontrolofmotorsisdifferentfromstartandspeedregulatingcontrol.Itisaspecialformofservomotion,whichrequireshigherpositioningaccuracyanddynamicresponseperformance.T

6、hehighinertialoadiswidelyusedinmanyfields.Forexample,dailylife,industry,construction,aerospace,military,etc.Becauseoflagermomentofinertiathannormalload,therespondsofthemotioncontrolsystemislaggingseriously.Withhighinertiaload,itismoredifficulttocontro

7、ltheexactpositionofthecontrolledobjectinrealtimeinpracticalapplications.Inthisthesis,theSlidingModeControl(SMC)theoryandtheadvantagesofvariousslidingsurfacesandreachinglawsaredescriptedbriefly.BychangingvariousvariableparametersinSMC,theimpactofcontro

8、lsystemwasobtained.Sincetheactualloadtorqueisunmeasurabledirectly,aPMSMloadtorqueobserverwasdesignedonthereducedorderstateobservertheory,andgotitsdiscreteform.Thesteppingcontroltheoryhasbeenanalyzed,andsimulatedtheinchingmovementofit.Withthetr