伺服系统变增益速度控制策略研究-论文.pdf

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1、ELECTRICDRIVE2014Vol.44No.4电气传动2014年第44卷第4期伺服系统变增益速度控制策略研究杨亮亮，熊琰，李叶松（华中科技大学自动化学院，湖北武汉430074）摘要：固有周期性负载扰动的存在，会影响伺服系统速度控制性能，针对这一问题设计研究了一种变增益速度控制策略，用以改善系统的抗扰动特性；同时针对物理限幅对PI控制器所产生的饱和问题，采用积分预测的算法进行抗饱和处理。实验结果表明，所设计研究的控制方法简单、易行，系统不仅具有较强的抗扰动特性，同时具有较好的动态响应性能。关键词：伺服系统；抗扰动；变增益；抗饱和中图分类号：TM301；TN344

2、文献标识码：AResearchonVariableGainSpeedControlStrategyofServoSystemYANGLiang⁃liang，XIONGYan，LIYe⁃song（SchoolofAutomation，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，Hubei，China）Abstract:Theexistenceofinherentperiodicloaddisturbancewillaffectthespeedcontrolperformanceofservosystem.To

3、addressthisissue，avariablegaincontrolstrategywasdesignedtoimprovetheanti⁃disturbancecharacteristicofthesystem.Atthesametime，tosolvethesaturationproblemcausedbythephysicaloutputlimitofPIcontroller，anintegralstatepredictionalgorithmwasappliedtoachievetheanti⁃winduppurpose.experimentresult

4、sverifythestrategyissimpleandreasonable，whichshowsnotonlyanti⁃disturbancecharacteristics，butalsogooddynamicperformance.Keywords:servosystem；anti⁃disturbance；variablegain；anti⁃windup利用变增益的方法动态改变控制器零点配置以1引言加快系统对于扰动的调节作用，同时基于积分预转矩扰动是影响伺服系统速度控制性能的测对控制器进行抗饱和处理，不仅可以改善系统主要因素。常见的扰动类型有瞬态常值负载扰稳态时

5、的抗扰动特性，而且提高了系统的动态响动和周期性负载扰动两种，瞬态常值扰动的影响应性能。可以通过控制器快速调节消除；而对于周期性负2周期性扰动转矩及控制器特性载扰动的影响，则需要采用控制策略加以实时抑［1］分析制。通常采用的扰动抑制方法有扰动观测器补偿方法，该方法是一种闭环调节方法，可以有效2.1周期性扰动转矩（齿槽转矩为例）特性分析抑制扰动的影响，但计算复杂，参数依赖性强，且在伺服电机运行时，除一般的负载扰动外，［2］设计缺乏明确的方法；高增益控制方法是一种由于机械联接、承受变化负载以及电机内部结实现简单的设计方法，但要求系统有高速的电流构等原因会产生周期性转矩扰动，

6、这种扰动难环控制特性，因此参数设计上存在稳定性条件的以完全消除，会影响速度伺服控制的精度。这限制。本文研究分析了一种新型速度伺服控制里以永磁同步电机内部齿槽转矩为例，分析其策略，在使用PI控制策略保证稳定性的前提下，特性。基金项目：科技重大专项项目（2012ZX04001-012）作者简介：杨亮亮（1989-），男，硕士研究生，Email：llyhust@163.com55电气传动2014年第44卷第4期杨亮亮，等：伺服系统变增益速度控制策略研究在永磁同步伺服电机内部，定子电枢铁心齿槽与转子永磁体之间产生相对运动时，永磁体两侧面跟与其对应的一至两个电枢齿槽之间的磁导变

7、化较大，引起磁场储能变化，从而产生齿槽转矩。图2速度控制环的简化数学模型若将整个圆弧面剖开为平面如图1所示，θ0Fig.2Simplifiedmathematicalmodelofthespeedcontrolloop为转子机械位移为零的位置，机械位移角为θ，坐标α为永磁体中心向两边延伸的气隙坐标。G(s)=sM2Js+KKs+KKTpTi分析GM(s)的幅频特性可以看到，增大Kp，Ki都可以减小GM(s)幅频特性增益，抑制周期性负载扰动的影响。但是Kp增大会使速度传递函数Gω(s)的响应带宽显著加大，由于电流内环带宽的限制，会引起震荡，影响稳定性；