基于自适应滑模控制的永磁同步电机伺服系统的设计

摘要

目前，服装行业的发展势头越来越好，各服装企业对工业缝纫机的需求也越来越大，尤其是对工业缝纫机的性能要求也是越来越高。与此同时，随着永磁稀土材料、电力电子技术、先进控制技术、微型计算机技术与传感器技术的发展，相应的交流伺服控制技术取得了飞快的进步。永磁同步电机作为伺服控制系统的主要研究对象，具有其他电机无法比拟的特点：体积小、功率密度高、机械惯性小、节电效果好。无论是在人们的日常生活领域，还是在工业部门以及国防高等部门，永磁同步电机的应用已经越来越广泛。尤其是数字信号处理器在伺服控制系统中的广泛应用，使得目前交流永磁同步电机伺服系统的控制越来越趋向于数字化，如何提高数字伺服系统的可靠性已经成为现阶段研究的重点。
　　本论文提出一种自适应滑模变结构控制算法，利用该控制方法的优势来削弱系统的抖振问题，提高整个系统的控制品质。主要研究内容及成果如下：
　　1、首先介绍了滑模变结构控制理论、滑模控制中存在的抖振问题及其解决方法，然后详细介绍自适应滑模变结构控制算法以及自适应滑模控制器的设计方法，为全文的研究提供充足的理论依据。
　　2、在深入研究滑模控制原理和自适应滑模控制器的设计方法的基础上，针对传统的PID调节具有超调的问题，本文提出了一种自适应滑模控制策略，以此来提高系统的抗干扰能力，同时削弱单一滑模控制存在的抖振问题。并以Matlab/Simulink为仿真平台，搭建了采用直轴电流为零的矢量控制策略的调速系统模型。对其中的控制器分别采用传统的PID调节和自适应滑模变结构控制，对这两种控制方法进行对比分析，最后给出仿真结果，从而在理论上验证本论文观点的正确性。
　　3、介绍了基于TMS320F2812 DSP的数字实验平台的规划，详细描述了系统的硬件构成和软件流程。并在此基础上设计了适用于本课题的实验用三相交流驱动器以及各工作模块的硬件电路，然后完成控制系统的软件编程工作。
　　4、对本文所设计的实物平台进行实验调试，验证硬件电路设计的正确性。然后在该平台上进行相关的电机控制性能的实验，用实验结果来说明自适应滑模控制在提高系统可靠性方面的优势以及限制单一滑模控制的抖振问题的可实施性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 交流伺服系统介绍

1.3 滑模变结构控制

1.4 自适应控制及其在交流伺服系统中的应用

1.5 课题的主要内容及创新点

第二章 永磁同步电机及其伺服系统的建模仿真

2.1 永磁同步电机数学模型分析

2.2 伺服系统的矢量控制原理

2.3 永磁同步电机交流伺服系统在Simulink下的仿真分析

2.4 仿真结果分析

2.5 本章小结

第三章 永磁同步电机伺服系统的自适应滑模控制及其建模仿真

3.1 滑模控制的理论基础

3.2 滑模变结构控制器的设计方法

3.3 抖振问题分析及其改善

3.4 永磁同步电机交流伺服系统双闭环控制的设计

3.5 仿真结果分析

3.6 本章小结

第四章 数字化实验平台的设计

4.1 实验平台的总体规划

4.2 TMS320F2812芯片介绍

4.3 电源输入模块

4.4 开关电源模块

4.5 IPM功率驱动模块

4.6 接口与其他电路

4.7 实验平台的软件设计

4.8 本章小结

第五章 实验结果分析

5.1 三相交流驱动器的调试

5.2 调速系统的实验分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文的工作总结

6.2 今后的工作展望

致谢

参考文献

附 录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目