PMSM伺服系统控制器增益的自动校正方法

摘要

该文以永磁同步电动机伺服系统的速度控制系统作为研究对象,系统地介绍了对比例-积分(PI)控制器的增益进行实时校正的调节方法.这种新的方法是一种比较完善的非模型方法,不仅大大的提高了传统PI控制器的性能,而且保留了PI控制器较为简单的结构和特色.该文所阐述的控制器增益自动校正理论的基本思想如下:按照系统对阶跃信号变化的动态性能确定性能指标来估计系统的响应;基于性能指标和PI控制器增益参数中间值之间的单调关系,为提高性能指标,应用调节方法来估算PI增益参数中间值;最后按照估计的增益参数中间值更新PI控制器的增益以便改善系统的性能.该方法在很大超调启动,很小超调启动,负载的突变等各种条件下进行了系统的实验,实验证明该方法有很强的适用性,能广泛的运用于交流伺服系统当中.该文提出了两种PI控制器增益自调节方法和一种非线性PID控制器增益的调节方法.一种是通过计算机软件对控制器增益进行调节,另一种是运用数字逻辑电路来调节增益,以第一种方法为例,详细的介绍了调节过程、调节结果,并用实验和计算机仿真加以验证.这两种控制器增益的自动校正方法除结构简单、容易实现外,还具有实用性、稳定性和有效性等特点,而且能较为容易的加入到现有的伺服系统当中,从而达到改善系统动态性能的目的.通过在一个线性具有固定增益的PID控制器前串联一个非线性增益来对系统进行调节,解决了常规PID控制系统的响应速度和超调量之间的矛盾,最终使系统达到较好的动态性能.

目录

文摘

英文文摘

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引言

1永磁同步电动机伺服系统的简述

1.1永磁同步电动机

1.1.1永磁同步电动机概述

1.1.2永磁同步电动机的结构

1.1.3永磁同步电动机的矢量控制

1.1.4永磁同步电动机的数学模型

1.2交流永磁同步电动机伺服系统

1.2.1永磁同步电动机伺服系统概述

1.2.2永磁同步电动机伺服系统的结构

1.2.3永磁同步电动机的控制系统

1.2.4永磁同步电动机伺服系统的工作原理

2控制器增益自动校正理论的论述

2.1控制器简述

2.1.1比例－积分(PI)控制规律

2.1.2比例－积分－微分(PID)控制规律

2.2控制器自动校正数学模型建立

2.2.1北森氏部分模型匹配法

2.2.2采用PI控制器的永磁同步电动机伺服系统

2.2.3采用IP控制器的永磁同步电动机伺服系统

2.2.4使用PI控制器基础上加上前馈环节的伺服系统

2.3自动校正理论的论述

2.3.1调节理论的简述

2.3.2调节过程的逻辑判断

3 PI控制器增益自动校正方法

3.1使用二分搜索法进行增益调节

3.1.1二分搜索算法简述

3.1.2使用二分搜索法调节过程的简述

3.2使用数字逻辑电路进行增益调节

3.2.1数字逻辑电路结构图

3.2.2使用数字逻辑电路调节过程的简述

3.3两种调节方法的比较和调节过程存在的问题

3.3.1两种调节方法的比较

3.3.2调节过程存在问题

4 PI控制器增益实时校正的实验

4.1实验装置

4.1.1实验装置的组成

4.1.2永磁同步电机的实验参数

4.1.3实验过程简述

4.1.4 SAB80C/86微控制器的控制算法

4.2实验及结果分析

4.2.1很小超调启动的特殊情况

4.2.2很大超调启动的特殊情况

4.2.3对上述实验的分析和比较

4.2.4对调节方法鲁棒性的测试

5非线性PID控制器增益的自调节方法

5.1非线性PID控制器的概述

5.1.1非线性PID控制器

5.1.2非线性PID控制器的增益

5.2非线性PID控制器的设计

5.2.1非线性PID控制器设计原理

5.2.2非线性PID控制器设计方法

6计算机仿真

6.1系统模型的仿真

6.1.1三种不同类型的仿真

6.1.2三种类型的比照

6.2系统的仿真

6.2.1系统正常运行时的仿真

6.2.2系统非正常运行时的仿真

结论

参考文献

在学研究成果

致谢