基于自抗扰控制技术的PMSM伺服系统研究

摘要

永磁同步电机(PMSM)因具有体积小、效率高、可靠性强、适用范围宽等优点而广泛应用于工业自动化领域。但永磁同步电机作为伺服控制系统的执行机构，属于一种强耦合、参数易变、非线性的被控对象，易于给系统带来非线性和不确定性的控制问题，也是永磁同步电机伺服系统的控制难题。自抗扰控制(ADRC)技术是一种继承经典PID“基于误差来消除误差”的控制思想、不依赖于被控对象数学模型的一种非线性控制方法，能有效地解决系统的非线性和不确定性问题。引入自抗扰控制技术，能有效改善永磁同步电机伺服系统的抗扰能力、控制精度、动静态性能以及鲁棒性等。
　　首先，阐述了课题的研究背景及意义。通过对当前伺服系统的发展概况，以及对永磁同步电机伺服系统、控制策略和算法的研究现状进行分析与研究，确立了本课题的研究内容。
　　其次，对永磁同步电机的数学模型进行详尽推导，根据永磁同步电机的矢量控制原理，选定id=0的控制方式对系统进行解耦控制，从而实现对电机励磁、转矩的独立控制。
　　然后，简述了自抗扰控制技术的发展及其优越性，并对自抗扰控制器的具体数学模型进行详尽地分析，分别建立了自抗扰控制器的三个环节:跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈控制律的状态方程。根据这三个环节的具体特性分别对其进行参数整定，并给出整定方法。
　　最后，结合永磁同步电机的数学模型，基于自抗扰控制器设计永磁同步电机的伺服系统。通过搭建系统的Simulink仿真模型，分别对永磁同步电机伺服系统的动态性能、跟踪性能、抗扰性能进行研究。仿真结果表明:在自抗扰控制器的作用下，永磁同步电机伺服系统具有精确的跟随能力、良好的动静态性能以及非常强的抗干扰能力，获得了预期的控制效果。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 伺服系统的发展概况

1．3 永磁同步电机伺服系统的研究现状

1．3．1 控制策略的研究现状

1．3．2 控制算法的研究现状

1．4 主要研究工作

第二章 永磁同步电机数学模型及其控制策略

2．1 永磁同步电机的结构

2．2 永磁同步电机的数学模型

2．2．1 坐标变换

2．2．2 交直轴坐标系下的数学模型

2．3 永磁同步电机的矢量控制

2．3．1 永磁同步电机的矢量控制策略分析

2．3．2 SVPWM控制技术

2．4 本章小结

第三章 自抗扰控制理论研究

3．1 经典PID控制器的分析与改进

3．1．1 PID控制器的结构及其优缺点

3．1．2 PID控制器改进

3．2 自抗扰控制概述

3．3 自抗扰控制器模型分析

3．3．1 跟踪微分器

3．3．2 扩张状态观测器

3．3．3 非线性状态误差反馈控制律

3．4 自抗扰控制器的参数整定

3．4．1 跟踪微分器的参数整定

3．4．2 扩张状态观测器的参数整定

3．4．3 非线性误差状态反馈控制律的参数整定

3．5 本章小结

第四章 基于自抗扰控制器的伺服系统设计

4．1 基于自抗扰控制器的伺服系统方案设计

4．1．1 二阶位置-速度自抗扰控制器设计

4．1．2 一阶电流环线性自抗扰控制器设计

4．2 系统仿真与分析

4．2．1 动态性能分析

4．2．2 跟踪性钱分析

4．2．3 抗扰性能分析

4．3 本章小结

总结

参考文献

声明

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录