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基于永磁同步电机的多电机同步控制系统的研究

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第1章 绪论

1.1 多电机同步控制系统的研究背景与意义

1.2 多电机同步控制技术的基本概念

1.2.1 多电机同步控制技术

1.2.2 跟踪误差和同步误差

1.2.3 多电机同步控制方式

1.3 多电机同步控制系统发展现状

1.3.1 多电机同步控制系统控制结构耦合化

1.3.2 多电机同步控制系统控制算法最优化

1.3.3 多电机同步控制系统控制系统网络化

1.4 论文的研究内容与难点

1.5 论文的安排

第2章 永磁同步电机控制原理分析

2.1 永磁同步电机的特点

2.2 永磁同步电动机的数学模型

2.2.1 永磁同步电动机的分类

2.2.2 永磁同步电动机在同步旋转坐标系下数学模型

2.3 永磁同步电动机的矢量控制

2.3.1 永磁同步电动机的控制原理

2.3.2 永磁同步电动机的矢量控制原理

2.4 id=0控制表面式永磁同步电动机的状态方程

2.5 本章小结

第3章 多电机同步控制系统的研究

3.1 基于现场总线的多电机同步控制系统的结构设计

3.1.1 CAN总线

3.1.2 采用CAN总线通信的优势

3.2 影响多电机同步控制系统同步性能的因素分析及其处理措施

3.2.1 负载变化

3.2.2 通信网络的延时

3.2.3 电源系统的干扰

3.3 多电机同步控制系统同步控制结构设计

3.3.1 常用的多电机同步控制系统控制结构

3.3.2 改进型偏差耦合控制结构

3.4 多电机同步控制系统控制结构仿真研究

3.4.1 主令控制结构仿真分析

3.4.2 主从控制结构仿真分析

3.4.3 相邻交叉耦合控制结构仿真分析

3.4.4 偏差耦合控制结构仿真分析

3.4.5 改进型偏差耦合控制结构仿真分析

3.5 仿真结论

3.6 本章小结

第4章 自适应反演滑模控制器的设计

4.1 滑模控制简介

4.1.1 滑模控制的基本原理

4.1.2 滑模变结构控制算法的优缺点

4.2 反演设计技术简介

4.2.1 反演技术基本原理

4.2.2 反演设计方法的优点

4.3 自适应反演滑模控制器设计

4.3.1 多电机同步控制系统的反演滑模控制律设计

4.3.2 自适应律的导出

4.4 本章小结

第5章 多电机同步控制系统仿真及实验研究

5.1 仿真模型的建立

5.1.1 速度补偿器模块

5.1.2 控制器模块

5.2 仿真参数及条件

5.2.1 永磁同步电动机参数的设置

5.2.2 控制器参数的设置

5.2.3 仿真条件

5.3 仿真结果

5.3.1 单台电机的仿真结果

5.3.2 PID控制仿真

5.3.3 滑模控制仿真

5.3.4 自适应反演滑模控制仿真

5.3.5 仿真结果比较

5.4 实验平台的硬件系统及软件系统

5.4.1 XY平台系统

5.4.2 实验硬件系统

5.4.3 实验软件系统

5.5 同步控制结构实验

5.5.1 同步控制结构实验界面功能

5.5.2 实验结果

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

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摘要

随着工业的不断发展,在许多场合中,单台电机的控制已经不能满足各种制造设备性能、产品质量的要求,而是要求多台电机同步驱动控制,因此多电机同步控制是许多高转速、高精确度系统的最主要的问题之一。由于电机在实际工作过程中,每台电机的技术参数不同、负载突变以及随机干扰等因素的影响,要保持各电机速度同步精度是很困难的,同时永磁同步电机是一个多变量、高价、强耦合、非线性的复杂系统,多永磁同步电机同步控制的控制效果也难以满足同步控制高精度的要求。因此为了进一步提高多电机同步控制系统的同步性能,本文在结合国内外相关文献及自动控制理论的基础上,对多电机同步控制系统进行了控制结构的设计和控制算法的研究。
  论文的研究内容主要包括以下几个部分:
  1、介绍了多电机同步控制技术的基本概念和永磁同步电动机的优点和应用前景,分析了永磁同步电机的基本调速控制原理,选择了矢量控制方法中的电流控制id=0的控制方法。
  2、分析了影响多电机同步控制系统同步误差的因素,并给出了抑制这些因素的方法;分析了多种同步控制的控制结构,本文提出了改进型偏差耦合控制结构;通过仿真表明该控制结构能很好的保证系统具有良好的稳态性能和同步性能。
  3、结合反演设计方法和滑模控制算法设计了反演自适应滑模控制器,用自适应估计系统不确定的上界,利用李亚普诺夫函数证明了该控制律的收敛性和稳定性。仿真结果表明:本文设计的多电机同步控制系统控制器具有很好的鲁棒性、稳定性和自适应性。
  4、为了验证多电机同步控制系统控制结构的同步性,本文做了基于GXY平台的两台永磁同步电动机的同步控制实验,从验证实验结果来看,本文提出的改进型偏差耦合控制的控制效果是很好的。
  本文的上述研究工作对于多电机同步控制系统的控制结构和控制算法的研究运用具有一定的指导意义。

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