白海军[1]2003年在《PMSM伺服系统控制器增益的自动校正方法》文中指出本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。 本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。 本文提出了两种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—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。
刘可述[2]2012年在《PMSM伺服系统速度环和位置环控制器参数自整定技术》文中认为传统的PID控制仍然是工业过程控制系统中应用最为广泛的控制方式。交流永磁同步伺服系统的控制性能取决于其控制器参数配置的合理性，为了在不同的工况下，伺服系统都具有令人满意的控制性能，必须对其控制参数进行整定。而手动整定过程异常繁琐，而且需要技术人员具备专业的知识。本课题旨在提出一种永磁同步伺服系统控制器参数在线自整定策略，在无人员参与的情况下完成速度环和位置环控制器参数的自动设计及优化，满足伺服系统智能化需求。本课题主要针对负载转动惯量对永磁同步伺服系统控制性能的影响提出了一种将基于模型和规则的PI参数自整定思想相结合的在线控制器参数自整定策略，即先根据伺服系统的数学模型利用频域法设计控制器参数，然后基于改变控制参数刚度的思想对控制参数进一步迭代优化，得到最终的整定参数。首先在伺服系统速度环数学模型的基础上，根据频域设计法对速度环PI控制器参数进行设计。然后以理论设计参数作为基准参数，利用时间与绝对误差乘积的积分即ITAE评价函数对伺服系统在不同刚度控制参数作用下的速度响应性能进行评价，根据最小评价函数值确定使系统获得最佳控制性能的速度PI控制器参数。在完成速度环控制器参数自整定的基础上，先分析了永磁同步伺服系统位置环的数学模型，基于该数学模型利用频域设计法对位置环控制器参数进行设计。然后针对伺服系统对位置控制性能的要求，提出利用改进型ITAE对其在不同刚度控制参数下的位置响应进行评价，从而确定位置环控制器整定参数。最后通过测试控制参数自整定前后HIT永磁同步伺服系统响应性能，以及在相似条件下和YASKAWA的∑-Ⅴ系列驱动器整定参数的控制性能进行对比，验证本课题提出的控制参数自整定功能的有效性和优越性。
王德斌[3]2007年在《运动控制系统及其在机床数控化改造中的应用与研究》文中研究说明运动控制是在原有的电气传动控制的基础上,随着电机控制、传感器、电力电子、自动控制及微处理等技术的发展而形成的一门综合性多学科的交叉技术。在当今自动化技术中,运动控制代表着用途最广而又最复杂的任务。伺服控制系统属于一种更为狭义的运动控制系统,是数控设备的重要组成部分,交流伺服系统是其中一个重要研究方向,代表了当今技术发展的趋势。本文的主要工作为:一、提出普通铣床的数控化改造方案。由于传统机械设备功能单一,机械传动系统复杂,运转稳定性不高,切削加工精度较低,故障维修工作繁重,生产效率低,用经济适用的数控技术改造传统机械设备是当前和今后的紧迫任务。本文首先提出了普通铣床的数控化改造方案,改造的技术主要是选用专用的数控系统与伺服控制器相连,来实现机床的运动控制。改造结果表明:改造后的数控铣床扩展了功能,能完成进给部分的自动控制,加工精度有了明显提高。同时提高了机床的生产效率,降低了劳动强度,节省了购置新设备费用,降低了设备故障率。将传统机床改造成数控机床,投资少,见效快,是企业技术改造行之有效的途径。二、伺服系统作为数控机床的重要组成部分,其优良的性能是数控机床实现高速度、高精度加工的基础和重要保证。本文在分析了数控机床交流伺服系统组成、控制的基础上,研究了各环节的参数设定方法,以保证机床达到良好的运行状态。叁、数控机床伺服系统的性能要求主要表现在稳态跟踪的精确性、动态响应的稳定性与快速性、对系统参数变化和不确定干扰的鲁棒性。高性能的获得主要是通过对执行机构、测量装置以及控制策略的选择来达到的。其中,控制策略的选择和应用,是提高系统性能至关重要的一个方面。本文分析比较了PID控制策略、前馈复合控制策略,通过仿真,研究了其控制性能,为实际系统的控制和参数调整提供理论指导。本文还探讨了智能控制理论在机床位置伺服系统中的应用,设计了模糊PID位置控制器,并进行了仿真实验。结果表明采用先进控制思想可以提高系统的稳态精度,改善动态响应性能。
左月飞[4]2016年在《永磁同步电机伺服系统的转速控制策略研究》文中认为作为工业机器人的叁大核心部件之一,高性能伺服电机及其驱动器的性能还有待进一步提高。本文对永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)伺服系统的转速控制策略进行了研究。传统的伺服控制系统大多采用PI控制器,而PMSM是个多变量、非线性的控制对象,在实际应用中存在许多不确定的扰动,传统PI控制器难以同时满足伺服系统跟踪性和鲁棒性的要求。传统转速环PI控制器在设计时考虑了很多非理想因素和滤波环节,导致了控制器的参数与系统性能之间关系比较复杂。为解决这一问题,本文通过忽略传统PI控制器设计中的一些非理想因素和滤波环节,对系统模型进行了简化。在简化模型的基础上,采用基于状态方程的设计方法设计了复合PI控制器。传统的PI控制器在设计时先选定控制器的结构形式,而后再通过传递函数分析系统的控制性能。而本文所采用的PI控制器设计方法与传统的方法刚好相反,先设计跟踪误差的衰减规律,而后反推得到控制器的形式。采用本文设计得到的复合PI控制器具有以下优点:控制器结构简单;控制器参数与系统性能之间的关系也比较简单,便于整定;可以适应存在多种输入类型的场合。简化后的转速环控制系统经复合PI校正后为一个二阶系统,其阶跃响应在阻尼比为1的情况下仍然会存在超调。另外,转速环PI控制系统是一种一自由度控制器,无法独立调节控制系统的跟踪性能和抗扰性能。IP控制器尽管可以被用来消除转速控制系统阶跃响应的超调,但会导致系统对连续变化输入的跟踪性能较差。为解决这一问题,本文提出了一种变结构PI控制器,可以实现系统在连续变化输入作用下表现为PI控制系统,在阶跃输入的作用下表现为IP控制系统,既消除了阶跃响应的超调也提高了系统对连续变化输入的跟踪性能。为进一步提高IP控制器的跟踪性能,本文提出了一种最优IP控制器,同样在阻尼比为1的情况下,保证系统阶跃响应无超调时的响应速度最快。然而,最优IP控制器对连续变化输入的跟踪性能仍然较差。为解决这一问题,本文提出了一种变给定增益PI控制器,可以实现系统在连续变化输入作用下表现为PI控制系统,在阶跃输入的作用下表现为IP控制系统。最后,本文还提出了一种基于安排过渡过程的超调抑制方法,利用PI控制系统能够在无扰动的情况下无稳态误差地跟踪连续变化输入这一特性来消除阶跃响应的超调。传统的二自由度控制器采用基于传递函数的分析方法,物理意义不明确。为此,本文采用了内模控制原理来设计扰动观测器(Disturbance Observer,DOB),阐述了传统DOB设计过程的物理意义。本文采用基于状态方程的方法设计得到了非矩阵形式的全阶状态观测器(Full-order State Observer,FSO)和降阶状态观测器(Reduced-order State Observer,RSO)。观测器的作用是构建一个与实际系统相同的模型,并迫使模型的输出跟踪实际系统的输出,从而使模型的状态趋近与实际系统的状态。为了实现模型的输出跟踪实际系统的输出,观测器中需要使用控制器。本文采用系统控制器的设计思路来设计观测器中的控制器,简化了观测器的设计过程。尽管传统二自由度控制器调节系统抗扰性能时不会影响系统的跟踪性能,但调节跟踪性能时会影响系统的抗扰性能,或者说系统的跟踪性能与抗扰性能之间未完全解耦,这导致了控制器参数调节的复杂性。为解决这一问题,本文提出了跟踪性能和抗扰性能完全解耦的P+RSO、P+FSO二自由度控制器。采用解耦控制器后,观测器的带宽只影响系统的抗扰性能,而比例系数只影响系统的跟踪性能,可以分别调节这两参数来独立地调节系统的跟踪性能和抗扰性能,从而可以简化控制器的参数整定过程。现代控制理论中状态观测器的设计依赖于系统模型,若系统模型中的状态系数和控制增益未知时,状态观测器将无法设计。为解决上述问题,韩京清提出了扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)。然而,采用ESO的控制系统仍然会受参数不确定性的影响。本文分析了状态系数和控制增益的不确定性对控制系统性能的影响。分析结果表明,状态系数的不确定性对系统跟踪阶跃输入的性能和抗扰性能影响很小,主要会对系统跟踪连续变化输入的性能产生影响,而控制增益对系统的跟踪性能和抗扰性能均会产生影响,且相比于状态系数的影响要大得多。在参数未知的情况下,可以利用参数准确时系统对连续变化输入跟踪性能更好的特性来离线估算实际控制增益。本文针对转速环控制增益变化的首要因素——转动惯量的变化,采用了基于正交原理的转动惯量在线辨识方法,并利用辨识得到的转动惯量实时调节系统的PI控制器和P+ESO控制器的参数,提高了两种控制系统对转动惯量变化的自适应性。
敖然[5]2008年在《基于DSP控制的永磁同步电机伺服系统性能的研究》文中认为随着现代控制理论、电力电子技术、计算机技术的发展,永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统以其高控制精度、高可靠性得到了广泛的应用。然而,由于受电机参数变化、负载扰动等因素的影响,要获得高性能的永磁同步电机伺服系统,必须设计高精度和高可靠的伺服控制器,使系统具有较强的适应性和较强的抗干扰能力。本文给出了矢量控制的原理,分析了各种电流控制策略的优缺点和适用范围。给出了基于矢量控制的磁场定向控制的原理及电机模型,并且建立了该控制方法下的伺服控制系统的频域模型。对于采用矢量控制方法的伺服控制系统,对输出力矩的控制就是对电机电流的控制。本文首先给出了电流调节器的工程设计方法,包括电流调节器形式和参数设计,并对影响电流环性能的因素进行了分析。针对影响电流环性能的零点漂移和电枢反电势,给出了减小影响的办法。仿真和试验结果表明采用过调制技术能有效降低电机高速运行时反电势的影响。高性能的交流伺服系统需要精确并且快速的速度响应。本文给出了速度调节器的工程设计方法,包括速度调节器形式和参数设计。通过负载观测器补偿了负载扰动对电机速度的影响,对速度环的动态性能进行了优化。分析了伺服电机的低速问题,给出了简单可行的减小低速时速度反馈误差的办法。交流伺服系统需要准确获得转子的位置信息,本文针对增量式光电编码盘的安装问题导致的位置信号误差,给出了两种光电编码盘的调零方法,减小了位置反馈信号误差。研究了电机启动时转子位置的获得方法。硬件结构是构成高性能伺服控制系统的基础。本文设计了基于DSP的数字伺服控制器,给出了功率电路的检测和保护电路。介绍了模拟电流环和数字速度环的整体结构。试验结果验证了所提优化设计方法的可行性。
王小磊[6]2011年在《永磁同步电机伺服系统设计与实现》文中研究指明近年来,永磁同步电机以其结构简单、高效率、高功率密度等优点,有效的拓展了交流伺服系统在高精、高速、大力矩输出等工业领域场合中的应用。本文基于此背景,将模糊控制技术与空间矢量控制技术相结合,研究了永磁同步电机的仿真控制系统。从硬件制作与软件设计两方面,详细讨论了该系统的实现方法。首先,本文对永磁同步电机的数学模型进行了详细的分析。从解耦控制的思想出发,深入研究了空间矢量控制技术的工作原理。为了提高系统性能,本文设计了具有参数自整定功能的模糊PID控制器,并将其应用到永磁同步电机伺服系统的仿真模型中,对比经典的PID控制策略,分析了其控制效果。其次,对整套伺服系统的硬件电路进行了设计与调试。将该系统进行了功能划分,制作了系统控制电路、角度检测电路、驱动保护电路。系统控制电路以TMS320F2812为核心控制器件。角度检测电路则通过AD2S80A轴角变换器解耦出旋转变压器角位置。驱动保护电路选用IR2136驱动叁相逆变桥路。整个硬件系统通过霍尔电流传感器以及AD976A得到电机的相电流值,对电路中的各路模拟信号进行了放大、校正、保护等操作。最后,本文详细研究了伺服系统的软件实现方案。介绍了CCS2.2软件开发环境,对该软件中的各种文件类型的功能及编程技巧进行了讨论。本文结合IQmath库函数的特性,在定点DSP2812上实现浮点数的编程运算。对整个软件程序所包含的主程序、中断程序、子程序、宏函数的系统功能、流程图、编程思路以及调试方法进行了详尽的介绍。实验结果表明系统调试成功并且运行平稳,验证了整套伺服系统设计的正确性和可行性。
张志锋[7]2007年在《数控机床进给系统惯量识别及控制器参数校准研究》文中指出数控机床以自动化程度高、柔性好、加工精度高等优点在现代制造业特别是复杂零件加工中得到广泛应用，并得到迅速的发展和普及。数控机床的加工精度是衡量数控机床工作性能的重要指标，体现着机械制造业的制造能力和发展水平，也是整个国家科技和工业水平的重要标志之一。而数控机床的加工精度在很大程度上取决于其伺服进给系统的精度。永磁同步电动机(PMSM)以其体积小、效率高、可靠性好以及对环境的适应性强等诸多优点，在各种高性能的数控机床伺服进给系统中得到了广泛应用。永磁同步电动机伺服进给系统受机械参数变化影响较大，若不及时对其控制器进行调整，会使控制系统性能变坏，甚至不稳定等一系列问题。这里的机械参数主要是指系统的转动惯量(包括电机转子转动惯量和负载的转动惯量)和负载转矩两部分。本文采用计算机仿真的方式对永磁同步电动机伺服进给系统进行了研究。首先，介绍了永磁同步电动机的数学模型和永磁同步电动机的矢量控制原理，确立了i_d=0的转子磁场定向的电流、速度双闭环的矢量控制方案。接着，按照工程上通常采用的方法把系统的电流环校正成典型Ⅰ型系统，根据部分模型匹配法设计了系统的速度控制器。然后，采用离散的模型参考自适应辨识算法和带有遗忘因子的递推最小二乘法两种方法在线辨识了系统的惯量，用辨识得到的惯量对系统的速度控制器进行在线校正研究，仿真结果表明该伺服系统在本身的参数变化较大时，仍然具有良好的动静态性能。负载转矩的变化对系统性能的影响也非常明显，需要在线进行动态补偿。但负载转矩同转动惯量一样，也是一个很难直接测量的非电物理量，需进行在线辨识。本文根据采用具有遗忘因子的递推最小二乘法辨识得到的负载转矩，对系统的电流进行了前馈补偿，有效地提高了伺服进给系统的抗干扰性能，增强了系统鲁棒性。最后对全文进行了总结。
王飞宇[8]2017年在《永磁同步电机伺服系统转动惯量辨识及控制器参数优化》文中研究指明永磁同步电机的矢量控制系统具有控制策略简单、易于实现且控制性能优良的特点,被广泛应用于高性能的运动控制领域,但伺服系统的性能依赖精确的电机本体参数和伺服系统机械参数。转动惯量对伺服系统机械参数影响较大,是矢量控制系统控制器参数确定的重要因素之一,因此,能够快速、精确的辨识出系统的转动惯量并根据辨识结果对控制器参数及时调整,是提高伺服系统控制性能的关键。首先,介绍了永磁同步电机数学模型和矢量控制系统的原理,详细的分析了矢量控制系统中的速度环控制器的原理和设计步骤,另外,针对电流环PI控制器给出了一种基于反馈路径外分离的PI控制方式,提高了电流环的动态和稳态性能。其次,介绍了几种常见的转动惯量辨识算法,在此基础上,研究了基于模型参考自适应算法的永磁同步电机转动惯量辨识方法,详细分析了转动惯量辨识算法中的数学模型的推导和仿真模型的搭建。论文着重探讨了模型参考自适应算法中自适应增益系数对转动惯量辨识结果的影响,且对算法进行了改进,给出了一种依据辨识参数偏差而实时改变的变增益系数的转动惯量辨识算法,并通过仿真对比分析,验证了该方法的正确性与有效性。再次,分析了速度环PI参数与辨识出的转动惯量之间的公式推导,并在频域内对参数推导公式的可靠性和正确性进行了验证。这样,控制系统能够依据辨识出的转动惯量参数适当的调节速度环PI参数,得到稳定的控制性能。在上述结论的基础上,基于矢量控制仿真模型搭建了速度控制器PI参数自动整定的仿真模型,并通过仿真验证了算法的正确性和优越性。最后,基于模型设计搭建了矢量控制系统的实验平台,对id=0矢量控制的仿真模型做出了实验验证,从侧面验证了仿真模型的正确性和可参考性。
白海军, 郭庆鼎[9]2003年在《PMSM伺服系统PI控制器增益自动校正方法》文中研究指明以永磁同步电动机伺服系统的速度控制作为研究对象,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两种方法.这两种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.这种控制器自动校正方法除了简单容易外,还具有实用性、稳定性和有效性等特点.
刘利超[10]2007年在《永磁同步电机交流伺服控制系统的研究与设计》文中认为伺服系统是一种输出能够快速而精确地响应外部的输入指令信号的控制系统。随着微处理器技术、现代电力电子技术、高性能控制理论以及电机永磁材料制造工艺的发展,人们对伺服控制产品的性能、功能及性价比要求也越来越高。以数字信号处理技术为基础、以永磁同步电机为执行电机、采用高性能控制策略的全数字化永磁同步交流伺服控制系统必将成为伺服控制系统发展的趋势。本文开发设计了一套基于DSP控制器的永磁同步电机调速系统,特别针对伺服控制器中逆变单元,阐述了一种电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的改进算法,有效减少了电机转矩脉动,提高了系统运算精度和整体性能,在此基础上提出了相关的控制策略,并对其理论依据、控制原理和软件实施进行了详细的阐述。最后在MATLAB的SIMULINK环境下对系统进行了动态仿真,并给出了仿真结果。
参考文献：
[1]. PMSM伺服系统控制器增益的自动校正方法[D]. 白海军. 沈阳工业大学. 2003
[2]. PMSM伺服系统速度环和位置环控制器参数自整定技术[D]. 刘可述. 哈尔滨工业大学. 2012
[3]. 运动控制系统及其在机床数控化改造中的应用与研究[D]. 王德斌. 上海交通大学. 2007
[4]. 永磁同步电机伺服系统的转速控制策略研究[D]. 左月飞. 南京航空航天大学. 2016
[5]. 基于DSP控制的永磁同步电机伺服系统性能的研究[D]. 敖然. 南京航空航天大学. 2008
[6]. 永磁同步电机伺服系统设计与实现[D]. 王小磊. 哈尔滨工业大学. 2011
[7]. 数控机床进给系统惯量识别及控制器参数校准研究[D]. 张志锋. 沈阳工业大学. 2007
[8]. 永磁同步电机伺服系统转动惯量辨识及控制器参数优化[D]. 王飞宇. 上海电机学院. 2017
[9]. PMSM伺服系统PI控制器增益自动校正方法[J]. 白海军, 郭庆鼎. 沈阳工业大学学报. 2003
[10]. 永磁同步电机交流伺服控制系统的研究与设计[D]. 刘利超. 华北电力大学（北京）. 2007
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