【摘要】：本文提出了一種結(jié)合卡爾曼濾波器與最小二乘法的參數(shù)辨識方法,解決了稀疏采樣的無刷直流電機(jī)拖動系統(tǒng)精確建模的難點。面向新型灰箱模型,本文提出了一種新型的切換自校正控制方案,解決了自校正控制系統(tǒng)在初次運(yùn)行時控制效果差的難點。建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型是實現(xiàn)高性能控制系統(tǒng)的第一步。在被控對象模型參數(shù)未知情況下,通常采用經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀Ｔ跊]有測速傳感器的情況下,由于所估算的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)不夠精確給建模過程帶來了困難與挑戰(zhàn)。本文利用卡爾曼濾波器重構(gòu)了較為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),利用遞推最小二乘法進(jìn)行參數(shù)在線辨識,得到無刷直流電機(jī)拖動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。而后根據(jù)數(shù)學(xué)模型提出了一種新型的切換自校正控制方案。實驗表明所提到的建模方法能夠為稀疏采樣的無刷直流電機(jī)拖動系統(tǒng)建立精確的數(shù)學(xué)模型,模型誤差的均方值會下降3倍。實驗也驗證了,所設(shè)計的新型切換自校正控制器較未改進(jìn)自校正控制器有著更優(yōu)良的控制效果,使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的調(diào)節(jié)時間下降到原先的1/2。本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:1.本文自主設(shè)計了一個汽車線束纏繞工藝自動化設(shè)備平臺。設(shè)備平臺能夠進(jìn)行電機(jī)拖動實驗與數(shù)據(jù)傳輸。在開發(fā)設(shè)備平臺時,工程技術(shù)上的創(chuàng)新點有:提出一種應(yīng)用定時器實現(xiàn)簡單操作系統(tǒng)的方法,對于低性能的CPU也能夠?qū)崿F(xiàn)多線程編程。改進(jìn)了一種溫度滯環(huán)保護(hù)算法,能有效抑制執(zhí)行器頻繁的動作。提出了一種全新的通信格式,避免由于固定幀頭造成的錯包問題,并且也降低了通信流量。2.從工程實際問題中提煉出學(xué)術(shù)問題。工程實際中,由于安裝空間或經(jīng)濟(jì)性能等,在電機(jī)拖動系統(tǒng)中沒有使用測速傳感器,無法采集到在線運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)辨識,所以無法建立精確的傳遞函數(shù)或狀態(tài)空間模型。將工程問題提煉成面向無刷直流電機(jī)拖動系統(tǒng)的稀疏采樣建模問題。3.針對無刷直流電機(jī)拖動系統(tǒng)的稀疏采樣建模問題,本文提出一種結(jié)合卡爾曼濾波器與最小二乘法相結(jié)合的參數(shù)辨識方法。將霍爾位置傳感器計算出的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與輔助模型估計出的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)結(jié)合起來,利用卡爾曼濾波器估計出最優(yōu)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),而后利用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)辨識,得到被控對象的模型。實驗表明,所提出建模方法能夠提高建模精度,模型誤差的均方差會下降3倍。4.面向新型灰箱模型,針對自校正控制器在初始運(yùn)行時控制效果差的問題,本文提出了一種新型的切換自校正控制方案,結(jié)合了 PID控制器、極點配置控制器與自校正PID控制器的優(yōu)點,使系統(tǒng)在整個運(yùn)行過程中都能有優(yōu)良的控制效果。實驗表明,所提出的切換自校正控制器能夠提升系統(tǒng)的性能指標(biāo),使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的調(diào)節(jié)時間下降到為原先的1/2。
【圖文】：

２．２新型機(jī)電實驗裝備的總體設(shè)計逡逑本文自主設(shè)計了一個汽車線束纏繞工藝自動化設(shè)備平臺。整個實驗平臺可以分為四大部逡逑分，，分別是動力部分、負(fù)載部分、控制部分與通信部分。整個實驗平臺如下圖２．２所示。其逡逑中，線束纏繞機(jī)是整個系統(tǒng)的動力單元；磁粉制動器是負(fù)載部分；控制部分包括纏繞機(jī)的控逡逑制與磁粉制動器的控制部分；通信部分包括纏繞機(jī)中的人機(jī)交互、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元與磁粉制動逡逑器的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元，其功能主要是使纏繞機(jī)的狀態(tài)變量與磁粉制動器控制器進(jìn)行通信，形成逡逑協(xié)同控制。通信部分還有一個功能是將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析與故障診斷。逡逑整個實驗平臺的框圖如下圖２．１所示。整個實驗平臺一共包括兩塊電路板，其中主控板逡逑上主要包括無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路、數(shù)字控制器電路、數(shù)據(jù)通信電路與人機(jī)交互電路。輔逡逑助控制電路板上主要包括磁粉制動器電流控制器電路、纏繞機(jī)開關(guān)控制電路與數(shù)據(jù)通信電路。逡逑Ｉ邐逡逑Ｉ邐１邐邐邋邐逡逑Ｉ邋邐＇逡逑Ｉ邐自校正控制器一｜－逡逑Ｉ邋邐邋邋邋１逡逑．邐邋；逡逑！邋｜人機(jī)交互單元｜—＾邋（電Ｓ系統(tǒng)）—逡逑Ｉ邐｜逡逑Ｉ邋邐邋＞逡逑１邐數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元一１－逡逑Ｉ邋邐逡逑Ｉ邐■邐——邐｜——Ｈ逡逑Ｉ邐＊逡逑Ｌ邋＿邋主控電路板—＿丨邐邐［ｚｔＬ邐ｚｚ．－逡逑￣￣邋￣邋￣邋￣邋￣邋￣￣￣邋＂；逡逑１邐Ｉ逡逑開關(guān)控制器邐電流控制器邐數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)單元邐Ｉ逡逑Ｉ逡逑Ｉ邋邐邋邐ＩＩ邐，逡逑Ｉ逡逑Ｉ邋邋邐邋邐邋輔助控制電ｊ逡逑圖２．１實驗平臺示意圖逡逑實驗系統(tǒng)的工作原理為：以汽車線束纏繞機(jī)為動力單元

控制系統(tǒng)的影響。通信部分則是負(fù)責(zé)把實驗數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，以便更好的監(jiān)控實驗系統(tǒng)。逡逑１－磁粉制動器；２－汽車線束纏繞機(jī)；３－輔助控制電路；４－主控電路（在內(nèi)部）逡逑圖２．２實驗平臺實物圖逡逑２．２．１無刷直流電機(jī)拖動系統(tǒng)——汽車線束纏繞機(jī)逡逑汽車線束纏繞機(jī)是本文研究無刷直流電機(jī)拖動系統(tǒng)的一個具體案例。汽車線束纏繞機(jī)的逡逑功能是將汽車線束包裹上絕緣膠帶或者阻燃材料、電磁屏蔽材料等。線束纏繞機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)逡逑框圖如圖２．３所示。邋邐逡逑ＨＳｈ邋，邐運(yùn)行狀Ｈ上位p和ㄑ跺義瞎┯捎懾危掊危五五五澹″義希灣蔚縲拇颪＇一邐，繼電器驅(qū)逡逑ｉｓ｜ｉ逡逑口電路邐邐ｋ邋＾邐——逡逑＿邐邐＾三相全邐邐無刷直逡逑—邐—？橋電路邐流電機(jī)逡逑測電路電路板逡逑邐霍爾檢（轉(zhuǎn)子位置信號邐逡逑測電路逡逑圖２．３汽車線束纏繞機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖逡逑汽車線束纏繞機(jī)傳動部分工作原理為：無刷直流電機(jī)與主動輪同軸連接，主動輪通過齒逡逑輪皮帶與從動輪連接，從動齒輪通過齒輪皮帶、張緊輪與工作旋轉(zhuǎn)機(jī)頭連接，進(jìn)而拖動工作逡逑機(jī)頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行工作。無刷直流電機(jī)采用的是瑞士的ＭＡＸＯＮ邋Ｆｌａｔ邋Ｍｏｔｏｒ邋２５１６０１無刷直流電機(jī)，逡逑如圖２．４所示。逡逑８逡逑
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM33;TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2685647