基于模型预测的驱动调速一体式直流电机系统的抗干扰控制方法研究

摘要

直流电机系统在新能源发电、电动汽车等精密调速与定位领域发挥着重要作用，研究设计具有良好动、静态特性的直流电机控制算法具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以Buck变换器驱动的直流电机系统为研究对象，研究面向干扰抑制的先进模型预测控制策略。论文的主要研究内容如下： 一、介绍驱动调速一体式的直流电机的基本工作原理，并分别建立了Buck变换器驱动电路和直流电机系统的数学模型。根据两部分的相互作用关系建立驱动调速一体式直流电机系统的数学模型，通过对系统的状态量的假设以及相应的坐标变换建立系统的状态空间模型。 二、设计并搭建基于DSPACE的直流电机控制算法测试平台。设计基于DS1103板卡的硬件资源及接口，主要包括了直流电机驱动模块，转速检测模块以及电压电流检测模块、PWM输出模块等。并搭建MATLAB/Simulink仿真框图，配置RTI库中模块的选择及参数的设置模式。 三、基于驱动调速一体式直流电机的状态空间模型，设计基于状态观测的增量式模型预测输出反馈控制器，实现了对直流电机角速度的无静差跟踪控制。通过在MATLAB/Simulink中搭建控制系统框图对该控制算法进行仿真，结果证明了该方法的可行性以及处理负载转矩这类干扰的有效性。将这种控制器应用在驱动调速一体式的直流电机系统中获得了很好的动、静态性能。 四、以驱动调速一体式直流电机的四阶状态空间模型为研究对象，研究设计直接驱动式直流电机转速的新型离散模型预测控制器。首先，基于状态空间模型设计降阶的广义比例积分（Generelized Proportional Integral,GPI）观测器估计状态空间模型中的状态量和集总干扰。其次，将GPI观测器给出的状态和集总扰动估计用于转速预测，对四阶的状态空间模型设计相应的带输入约束的离散模型预测控制器。仿真结果验证了所提控制方法的可行性，以及在提高系统抗干扰性能方面的有效性。 五、将上述两种模型预测控制器在基于DSPACE实时控制系统搭建的驱动调速一体式直流电机实验平台中进行了实验验证。实验结果表明，与标准模型预测控制、增量式模型预测控制等方法相比，基于GPI观测器的模型预测控制方法对各种干扰和不确定性表现出更好的鲁棒性。

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前言

wuhan论文修改6

攻读硕士期间的科研成果