基于自抗扰控制技术的高性能永磁交流伺服控制系统研究

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1、硕士学位论文基于自抗扰控制技术的高性能永磁交流伺服及其关键技术的研究控制系统研究带宽扩展的研究作者姓名高孝君学科专业控制理论与控制工程指导教师杜启亮副研究员所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2018.4.23ResearchonHighPerformancePermanentMagnetACServoControlSystembasedonADRCADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GaoXiaojunSupervisor：Prof.DuQ

2、iliangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP273学校代号：10561学号：201520112383华南理工大学硕士学位论文基于自抗扰控制技术的高性能永磁交流伺服控制系统研究作者姓名：高孝君指导教师姓名、职称：杜启亮副研究员申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：电力电子及运动控制技术论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月5日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：

3、田联房委员：莫鸿强王剑王孝洪杜启亮摘要随着“中国制造2025”的提出，“高档数控机床和机器人”被列入第一个十年行动计划中，成为发展和推广的重点领域之一。近年来机器人的创业公司如雨后春笋般涌现，市场规模不断扩大，其中工业机器人的市场份额最大。目前我国机器人行业缺乏核心技术，其中关键零部件之一的高性能伺服系统基本上依赖进口。通过设计永磁交流伺服系统控制器，提升伺服系统的动态和抗扰动性能，对工业机器人技术的发展有一定的意义。本文立足于广东省科技计划项目，对永磁交流伺服控制系统的电流环、转速环进行控制器设计，分析动态性能

4、和抗扰动性能，并提出基于扩张状态观测器转动惯量辨识方法，改进转速环自抗扰控制器的性能。具体内容包括以下几个方面：通过永磁同步电机数学模型分析可知，伺服控制系统设计是从最内环的电流环开始的。首先，设计电流环的三阶线性扩张状态观测器，消除反电动势的影响。在此基础上，通过典I型系统设计PI参数，构成PI+LESO自抗扰控制器结构。然后，对电流环控制系统进行动态性能分析，使用Σ/ΔADC芯片和PWM双更新技术，优化采样反馈通道，减小时延提高系统的频带宽度。从理论上证明自抗扰控制器的稳定性，能有效应对电阻和电感参数变化的情

5、况。最后，通过MATLAB仿真，测量系统的稳态误差、频带宽度和超调量，验证PI+LESO控制器的性能更优。在电流环的基础上，设计转速环自抗扰控制器。首先，设计转速环线性扩张状态观测器，并基于典II型系统设计PI参数，构成PI+LESO和P+LESO结构的自抗扰控制器。然后，对转速环控制系统进行动态分析，使用M/T算法优化反馈通道，前馈控制提升系统的频带宽度。从理论上证明转速环自抗扰控制器的稳定性和抗扰动性能，在此基础上提出了基于LESO的转动惯量辨识方法，在突击负载实验时，修正自抗扰控制器参数b，以提升转速环控制

6、器的性能。最后，通过MATLAB仿真，对比不同控制器的动态和抗扰动性能，可知P+LESO控制器的性能最优。最后通过设计基于DSP+FPGA的硬件平台，在DSP上实现转速环控制算法和在FPGA实现电流环控制算法。通过实验结果证明自抗扰控制器的性能更优，验证仿真结果。关键词：永磁交流伺服系统；自抗扰控制技术；线性扩张状态观测器；转动惯量辨识IABSTRACTWiththe“MadeinChina2025”proposal,“high-endCNCmachinetoolsandrobots”wereincludedin

7、thefirstten-yearactionplanandbecameoneofthekeyareasfordevelopmentandpromotion.Inrecentyears,roboticstartupcompanieshavesprungupandthemarketscalecontinuestoexpand,whichindustrialrobotshavingthelargestmarketshare.Atpresent,China'sroboticsindustrylackscoretechno

8、logies,andoneofitskeycomponents,high-performanceservosystemsbasicallyreliesonimports.BydesigningapermanentmagnetACservosystemcontrollertoimprovethedynamicandanti-disturbanceperformanceoft