永磁同步電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、效率高、轉(zhuǎn)矩慣量比大等優(yōu)點(diǎn),在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而實(shí)際工況下永磁同步電機(jī)存在的負(fù)載突變、參數(shù)攝動(dòng)等干擾以低速摩擦等特性使得傳統(tǒng)的PI控制難以保證最優(yōu)的伺服控制性能,因而越來越多的先進(jìn)控制算法被應(yīng)用到伺服系統(tǒng)中。本文的主要工作包括將工業(yè)過程領(lǐng)域中應(yīng)用非常成熟的模型預(yù)測控制思想應(yīng)用到永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中,通過模型預(yù)測控制的滾動(dòng)優(yōu)化得到對應(yīng)綜合性能指標(biāo)下的最優(yōu)控制序列。并針對實(shí)際工況下強(qiáng)擾動(dòng)和低速摩擦情況,分別設(shè)計(jì)了基于GPIO的模型預(yù)測控制、基于摩擦模型的模型預(yù)測控制用以提升電機(jī)在不同復(fù)雜工況下的性能。論文首先介紹了當(dāng)前交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展概況、交流調(diào)速系統(tǒng)的幾種主要控制算法的特點(diǎn)、永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型以及基于矢量控制的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。接著介紹了模型預(yù)測控制方法原理,并針對永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)了速度環(huán)模型預(yù)測控制器,對其參數(shù)調(diào)整規(guī)律和控制性能進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。然后針對強(qiáng)擾動(dòng)工況下電機(jī)負(fù)載突變以及參數(shù)攝動(dòng)等特點(diǎn),研究了基于GPIO的速度環(huán)模型預(yù)測控制的設(shè)計(jì)與仿真,仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)相對常規(guī)模型預(yù)測控制具有更強(qiáng)的抗擾動(dòng)性能。最后考慮到數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等高精度伺服應(yīng)用場合中摩擦帶來的性能下降,提出了基于摩擦模型的速度環(huán)模型預(yù)測控制,通過離線辨識Stribeck摩擦模型,在線補(bǔ)償預(yù)測模型輸出。仿真結(jié)果表明有效改善了伺服系統(tǒng)低速情況下的位置跟蹤“平頂”現(xiàn)象和速度“死區(qū)”現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM341
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 交流伺服電機(jī)的主要控制策略和算法
        1.2.1 交流伺服電機(jī)主要控制策略
        1.2.2 交流伺服電機(jī)主要控制算法
    1.3 永磁同步電機(jī)的模型預(yù)測控制研究
        1.3.1 基于線性模型預(yù)測算法
        1.3.2 基于非線性模型預(yù)測算法
    1.4 本論文的工作和內(nèi)容安排
第二章 永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理
    2.1 引言
    2.2 永磁同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)
    2.3 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型
        2.3.1 永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型
        2.3.2 永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型
    2.4 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)
    2.5 小結(jié)
第三章 永磁同步電機(jī)速度環(huán)模型預(yù)測控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    3.1 引言
    3.2 模型預(yù)測控制方法原理
    3.3 永磁同步電機(jī)速度環(huán)模型預(yù)測器的設(shè)計(jì)
        3.3.1 預(yù)測模型
        3.3.2 反饋校正
        3.3.3 滾動(dòng)優(yōu)化
    3.4 速度環(huán)MPC的仿真結(jié)果分析
        3.4.1 參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律測試
        3.4.2 不同速度給定下性能測試
    3.5 速度環(huán)MPC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    3.6 小結(jié)
第四章 基于GPIO的永磁同步電機(jī)模型預(yù)測控制
    4.1 引言
    4.2 GPIO介紹
    4.3 基于GPIO的永磁同步電機(jī)速度環(huán)模型預(yù)測控制設(shè)計(jì)
        4.3.1 速度環(huán)GPIO設(shè)計(jì)及仿真
        4.3.2 基于GPIO的速度環(huán)MPC控制器設(shè)計(jì)
    4.4 基于GPIO的速度環(huán)MPC仿真結(jié)果與分析
    4.5 小結(jié)
第五章 基于摩擦模型的永磁同步電機(jī)模型預(yù)測控制
    5.1 引言
    5.2 摩擦常見模型
        5.2.1 經(jīng)典靜態(tài)摩擦模型
        5.2.2 動(dòng)態(tài)摩擦模型
    5.3 摩擦參數(shù)辨識
        5.3.1 Stribeck模型分段線性化
        5.3.2 最小二乘辨識基本原理
        5.3.3 摩擦模型辨識分析
    5.4 基于摩擦模型的永磁同步電機(jī)模型預(yù)測控制
    5.5 基于摩擦模型的速度環(huán)MPC仿真結(jié)果與分析
        5.5.1 位置環(huán)的測試
        5.5.2 速度環(huán)的測試
    5.6 小結(jié)
第六章 結(jié)束語
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在學(xué)期間科研成果

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本文編號：2853663