交流伺服系统自整定控制的研究

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永磁同步电动机是现代工业设备中重要的运动部件,因其结构紧凑,气隙磁通密度大,功率密度高,转矩惯性比和转矩容量高等特点,在机床伺服的工业领域倍受青睐,已经逐渐成为伺服执行电机的主流。在给定值变化、噪声、负载扰动等因素的影响下,过程参数甚至模型结构均会发生变化,这就要求控制器参数能在线调整,以适应对象或过程的变化。自整定功能有利于改善控制性能,带自整定功能的控制器具有广阔的应用前景。   本论文阐述了永磁同步电动机的系统构成和工作原理,分析了永磁同步电动机的数学模型、传递函数以及控制策略,并在MATLAB/Simulink平台上建立了永磁同步电动机控制系统的仿真模型。介绍PID控制算法的改进形式,并分析这几种算法的优缺点及对它们的设计方法进行比较,指出PDFF控制具有较小的超调量,同时允许低频段具有很大的刚度。本论文还介绍了基于继电反馈的自整定控制方法,分析了特征参数和继电环节参数的关系,并把这种自整定方法应用到PDFF控制器的参数自整定中,且对伺服系统控制器进行参数自整定。   此外,本文对伺服系统的机械参数进行辨识,根据辨识结果按照工程设计方法对伺服系统进行控制器设计。并把设计的控制器与参数自整定获得的控制器进行比较,发现本文参数自整定获得的控制器能获得与工程设计方法设计控制器相似的控制效果。在速度环中,由于自整定控制器参照标准滤波器参数整定法设计PDFF控制器进行参数整定的,该自整定控制器更优于工程设计法控制效果。   本论文设计了永磁同步电动机伺服系统的自整定控制器,该控制器采用继电反馈的方法测试电机特征参数,并根据特征参数自动整定控制器参数实现伺服系统控制器的参数自整定,并在MATLAB/Simulink平台上进行了计算机仿真。仿真结果表明,控制系统有较好的动静态特性。最后进行了实物实验,通过实验数据检验了采用自整定控制器的伺服控制系统的工作性能。实验结果表明,采用自整定控制器的伺服控制系统,能够自动整定控制器参数,整定后系统能够平稳的运行。本文最后对整个系统的设计进行了总结,并对本系统存在的问题和后续的研究工作提出了自己的看法。
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