【摘要】：隨著工業(yè)自動化和智能制造的發(fā)展,電動缸這種機電一體化產(chǎn)品的應用越來越廣泛,其作為伺服執(zhí)行機構(gòu)往往是決定系統(tǒng)性能的核心關(guān)鍵。而伺服電動缸性能又由其內(nèi)部的永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)決定,這也是其他伺服設(shè)備的普遍特點,因此,本文的研究成果將具備很好的可推廣性。本文針對伺服電動缸系統(tǒng)在實際應用中復雜工況下存在的多種非期望因素干擾等問題,結(jié)合電動缸伺服控制系統(tǒng)所需的高位置精度、高動態(tài)響應速度、高抗擾性等性能要求,對用于電動缸的永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)進行研究和設(shè)計。本文基于控制理論與控制工程的發(fā)展現(xiàn)狀,探討偏向工程控制算法的自抗擾控制策略在電動缸伺服系統(tǒng)中的應用,設(shè)計了一種基于廣義誤差跟蹤的位置、速度環(huán)自抗擾控制器。對傳統(tǒng)的位置、速度環(huán)結(jié)合的自抗擾控制器進行結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化,解決其速度不可控的問題。著眼于整個系統(tǒng),利用奇異攝動理論把系統(tǒng)按照時間尺度分為快、慢時標兩個子系統(tǒng),采用PI控制器構(gòu)建快速電流回路系統(tǒng)內(nèi)環(huán),且用系統(tǒng)準穩(wěn)態(tài)參數(shù)替代穩(wěn)態(tài)參數(shù)。外環(huán)控制器以控制量跟蹤誤差為直接切入點,設(shè)計一種高增益線性擴張狀態(tài)觀測器用于位置、速度和擾動的精準觀測。同時,借鑒模型參考的思想,建立一個理想目標系統(tǒng),通過把實際系統(tǒng)與理想目標系統(tǒng)進行對比得出反饋控制律,從而對系統(tǒng)狀態(tài)軌跡進行塑造,改進了標準自抗擾控制器中由于其非線性而導致參數(shù)過多、整定困難,難以在實際工程中應用的問題。結(jié)合本文電動缸系統(tǒng)實際復雜工況下負載不確定性和時變性的特點,在自抗擾控制策略這種模型無關(guān)的工程控制算法中加入基于模型信息的補償環(huán)節(jié),通過轉(zhuǎn)動慣量和負載轉(zhuǎn)矩的辨識補償,降低擴張狀態(tài)觀測器的觀測難度,增強其對剩余非期望因素擾動的觀測能力,提高系統(tǒng)抗干擾性能。除此之外,針對實際系統(tǒng)中死區(qū)效應導致電流畸變和轉(zhuǎn)矩脈動降低電機低速性能,進而影響伺服跟蹤精度的問題,本文采用平均誤差電壓補償法進行死區(qū)補償,提高伺服跟蹤精度。最后,本文對所提的控制算法進行MATLAB仿真測試,以及搭建電機實驗平臺進行實物實驗,驗證了本文伺服系統(tǒng)控制算法的可行性和有效性,并且滿足預期需要的伺服性能指標。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

NC+-NC1234 5678VCCVEGNDVO6N137412216710816351113G2Y4Y3YVCC1YAM26LS32ACN1A2A3AGND9144A15G4B3B2B1BA+A-B+B-Z+Z-P5VC65 0.01uFDGND1P5VR69510P5VC66 0.01uFDGNDR705.1kDGND12345671413121110981A6Y4Y5Y4A5AVcc6ASN74LS04N1Y2A2Y3A3YGNDDGNDQEPA圖 5-7 編碼器反饋信號處理電路.5 系統(tǒng)整體硬件實物平臺基于上述各部分主要電路的設(shè)計，系統(tǒng)功率驅(qū)動電路板設(shè)計與制作完如圖 5-8 所示，其中整流橋和功率開關(guān)器件安裝在電路板下面的散熱片

搭建的永磁同步電機伺服系統(tǒng)硬件實物平臺如圖 5-9 所示，其中圖5-9 (a)為系統(tǒng)功率驅(qū)動電路和控制電路，圖 5-9 (b)為實驗電機和負載電機。實驗電機通過圖 5-9 (a)的硬件電路進行驅(qū)動，負載電機由現(xiàn)有的驅(qū)動器控制用于加載。(a) 伺服系統(tǒng)硬件電路板 (b) 實驗電機和負載電機圖 5-9 伺服系統(tǒng)實驗平臺5.3 軟件編程由于本課題硬件設(shè)計中采用的控制器是 TMS320F28335 DSP，因此需要在該控制器的軟件開發(fā)平臺 CCS 中進行編程以實現(xiàn)本文提出的控制算法。本課題采用模塊化編程的方式進行控制程序的編寫，先把每個功能模塊編寫為子程序，再通過主程序進行調(diào)用，使得整個程序結(jié)構(gòu)清晰，方便調(diào)試與修改。設(shè)計的主程序流程如圖 5-10 所示。系統(tǒng)上電后，先進行一系列的初始化工作，對系統(tǒng)時鐘、中斷、寄存器、外設(shè)接口、子程序參數(shù)等進行設(shè)置，初始化程序保證了后需控制程序運行的準確性和有效性。初始化完成后開啟中斷并執(zhí)行空操作等待，為進入循環(huán)定時中斷執(zhí)?

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本文編號：2784931