PMSM伺服系统速度环和位置环控制器参数自整定技术

摘要

传统的PID控制仍然是工业过程控制系统中应用最为广泛的控制方式。交流永磁同步伺服系统的控制性能取决于其控制器参数配置的合理性,为了在不同的工况下,伺服系统都具有令人满意的控制性能,必须对其控制参数进行整定。而手动整定过程异常繁琐,而且需要技术人员具备专业的知识。本课题旨在提出一种永磁同步伺服系统控制器参数在线自整定策略,在无人员参与的情况下完成速度环和位置环控制器参数的自动设计及优化,满足伺服系统智能化需求。
　　本研究主要针对负载转动惯量对永磁同步伺服系统控制性能的影响提出了一种将基于模型和规则的PI参数自整定思想相结合的在线控制器参数自整定策略,即先根据伺服系统的数学模型利用频域法设计控制器参数,然后基于改变控制参数刚度的思想对控制参数进一步迭代优化,得到最终的整定参数。首先在伺服系统速度环数学模型的基础上，根据频域设计法对速度环PI控制器参数进行设计。然后以理论设计参数作为基准参数,利用时间与绝对误差乘积的积分即ITAE评价函数对伺服系统在不同刚度控制参数作用下的速度响应性能进行评价,根据最小评价函数值确定使系统获得最佳控制性能的速度PI控制器参数。在完成速度环控制器参数自整定的基础上，先分析了永磁同步伺服系统位置环的数学模型,基于该数学模型利用频域设计法对位置环控制器参数进行设计。然后针对伺服系统对位置控制性能的要求,提出利用改进型 ITAE对其在不同刚度控制参数下的位置响应进行评价,从而确定位置环控制器整定参数。最后通过测试控制参数自整定前后HIT永磁同步伺服系统响应性能,以及在相似条件下和YASKAWA的∑-Ⅴ系列驱动器整定参数的控制性能进行对比,验证本课题提出的控制参数自整定功能的有效性和优越性。

目录

PMSM伺服系统速度环和位置环控制器参数自整定技术

AUTO-TUING TECHNOLOGY OF SPEED AND POSITIION CONTROLLER PARAMENTERS FOR PMSM SERVO SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的与意义

1.2 参数自整定相关理论及研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 永磁同步伺服系统模型及控制

2.1 永磁同步电动机的数学模型

2.2 永磁同步电动机的矢量控制原理

2.3 参数变化对伺服系统控制性能的影响

2.4 本章小结

第3章 PMSM伺服系统速度环控制器参数自整定

3.1 负载转动惯量辨识

3.2 速度环PI控制器参数设计

3.3 速度环PI参数迭代优化

3.4 本章小结

第4章 PMSM伺服系统位置环参数自整定

4.1 PMSM伺服系统位置环数学模型

4.2 位置环控制器参数设计

4.3 位置环参数迭代优化

4.4 本章小结

第5章 伺服系统性能实验

5.1 测试内容及主要测试设备

5.2 速度响应性能测试

5.3 位置响应性能测试

5.4 本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢