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基于积分型终端滑模控制的永磁同步电机伺服控制系统研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 永磁同步电机伺服控制系统的介绍

1.3 永磁同步电机伺服控制系统研究现状

1.4 本论文的工作和内容安排

第二章 永磁同步电机调速系统原理及方案实现

2.1 引言

2.2 永磁同步电机结构和种类

2.3 永磁同步电机的数学模型

2.3.1 电机模型中使用的坐标系

2.3.2 dq坐标系中电机模型

2.4 永磁同步电机矢量控制系统

2.4.2 永磁同步电机的解耦控制

2.4.3 SVPWM控制原理

2.5 小结

第三章 基于积分型终端滑模控制的永磁同步电机调速系统设计

3.1 引言

3.2 控制器设计相关引理

3.3 基于积分型终端滑模控制技术的速度控制器设计

3.4 仿真结果与分析

3.4.1 启动阶段仿真分析

3.4.2 系统突加负载仿真分析

3.5 本章小结

第四章 基于DSP的永磁同步电机调速控制系统算法实验测试

4.1 引言

4.2 永磁同步电机调速系统的实验平台组成

4.2.1 实验平台硬件模块介绍

4.2.2 实验平台软件介绍

4.3 主程序流程图

4.4 积分型终端滑模控制算法数字化实现

4.5 基于积分型终端滑模算法的电机调速控制实验结果与分析

4.6 本章小结

第五章 基于RBF神经网络和高阶积分型终端滑模控制的永磁同步电机位置控制系统设计

5.1 引言

5.2 RBF神经网络算法介绍

5.3 控制器设计

5.3.2 电机位置控制器设计——积分型高阶终端滑模控制算法

5.3.3 基于RBF神经网络的q轴电压控制器设计

5.4 系统仿真分析

5.5 本章小结

第六章 结束语

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

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摘要

目前永磁同步电机伺服控制技术在工业制造和日常的生活当中有着非常广泛的应用,如高性能机器人、数控机床、工业自动化等机电一体化领域。永磁同步电机具有气隙磁密高、转矩脉动小、转矩惯量比大、效率高等优点,在交流调速系统中得到了广泛的应用。在永磁同步电机伺服控制系统中,传统的控制算法虽然可以实现信号的跟踪控制,但是其收敛性和抗干扰能力相对较弱。因此在一些对系统性能要求较高的领域,如何设计高性能的控制系统成为关键问题。本文的主要工作如下:
  首先,针对永磁同步电机调速控制系统,本文基于积分型终端滑模控制的思想设计了一类非线性控制器。根据永磁同步电机的数学模型,针对电机调速系统的速度环路设计了积分型终端滑模控制器,以保证电机反馈速度信号在有限时间内收敛到给定信号。在Matlab中对其控制性能进行了仿真研究,仿真结果表明:所设计的控制器可以保证闭环系统具有良好的干扰抑制能力和跟踪性能。
  其次,为了更好地将先进的控制算法应用到永磁同步电机调速系统中,基于DSP28335芯片,搭建了一套针对永磁同步电机调速系统控制算法的测试平台,实现永磁同步电机调速系统控制算法的快速验证。介绍了本文所设计的积分型终端滑模控制器的数字化实现方法,然后将控制算法应用到实验平台上,并与传统的PI控制算法进行了实验对比,实验结果与仿真结果基本相同,验证了所设计的控制算法的有效性和先进性。
  最后,针对永磁同步电机位置伺服控制系统,根据矢量控制原理,针对d轴电压,设计了一阶滑模控制器,针对q轴电压,基于滑模控制理论,设计了积分型高阶终端滑模控制器.由于系统中存在不确定性参数,还设计了基于神经网络的q轴电压滑模控制器.理论分析表明,在所设计的控制器作用下,可以保证位置系统的精确跟踪控制.仿真结果表明了该控制方案具有较好的收敛性和抗干扰性能。

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