永磁同步电机伺服系统的自抗扰控制技术研究

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1、中图分类号：TM351论文编号：102870315-S087学科分类号：080804硕士学位论文永磁同步电机伺服系统的自抗扰控制技术研究研究生姓名张捷学科、专业电力电子与电力传动研究方向交流伺服系统指导教师刘闯教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonActiveDisturbanceRejectionControlforPMSMServoSy

2、stemAThesisinElectricalEngineeringbyZhangJieAdvisedbyProf.LiuChuangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或

3、证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III永磁同步电机伺服系统的自抗扰控制技术研究摘要目前，在中小功率高精度伺服驱动领域，永磁同步电机（PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM）因其结构简单、功率密度大、效率高、运行平稳等优点，已经成为主流之选。但是在实际应用中，尤其在直接驱动或环境恶劣的应用场合，许多不确定的内外扰动将会恶化系统性能。因此，随着人们对交流伺

4、服系统的要求越来越高，能够快速有效地抑制各种未知扰动就显得尤为关键。本文基于一台表贴式永磁同步电机，针对自抗扰控制（ActiveDisturbanceRejectionControl，ADRC）技术在PMSM伺服系统中的应用及实现进行了相关研究。自抗扰控制器是为了克服经典PID控制器的固有缺陷，综合PID和现代控制理论的优点而提出的一种新型的非线性控制器，由跟踪微分器（TrackingDifferentiator，TD）、非线性反馈律（NonlinearStateErrorFeedback，NLSEF）和扩张状态观测器（ExtendedStateObser

5、ver，ESO）三部分构成。它从反馈控制和扰动估计补偿两个角度分别进行改进，从根本上提高了系统的抗扰动能力与动静态性能，并且具有很强的鲁棒性与通用性。本文首先研究自抗扰控制技术在PMSM伺服系统转速环中的应用，设计了转速环一阶自抗扰控制器。通过理论、仿真和实验，分析验证了采用非光滑反馈（Non-smoothFeedback，NSF）结合ESO前馈补偿的自抗扰控制技术后，系统具有更好的转速跟踪性能和抗扰性能。针对自抗扰控制器中由于估计惯量存在误差从而恶化系统性能这一问题，改进了基于扰动观测器（DisturbanceObserver，DOB）的惯量辨识算法，通

6、过惯量辨识及补偿技术使得自抗扰控制器在转动惯量未知或变化的应用场合中能够获得更好的控制效果。其次，设计了位置环一阶自抗扰控制器，从而采用位置环和转速环两个自抗扰控制器级联的形式，构建了完整的PMSM位置伺服系统。位置环同样采用NSF+ESO的自抗扰控制，系统可以获得更好的位置跟踪性能和抗扰性能。与传统控制方式相比，采用自抗扰控制后系统获得了更快的响应速度，更高的控制精度和更强的抗扰性能。关键词：交流伺服系统，永磁同步电机，自抗扰控制，扩张状态观测器，惯量辨识IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTAtpresent,permanentmagnets

7、ynchronousmotor(PMSM),whichpossessestheadvantagesofsimplestructure,highpowerdensity,highefficiency,smoothoperationandetc.,hasbecomethefirstchoiceinthesmallormedium-sizedpowerfieldofhigh-precisionservodrives.Nevertheless,thereexistnumerousdisturbances,frombothinternalandexternal,wh

8、ichwilldeterioratethesystemperfor