基于自適應(yīng)傳感器的交流伺服系統(tǒng)前饋控制研究.pdf

1、隨著航天、高精密醫(yī)療機(jī)械、智能機(jī)械人、汽車、精密數(shù)控機(jī)床行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)伺服技術(shù)各項(xiàng)指標(biāo)的要求也越來越高。若想實(shí)現(xiàn)高性能的伺服控制技術(shù)，則要求伺服系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)跟蹤能力以及良好的擾動(dòng)抑制能力。研究先進(jìn)可行的控制方法，研制出高性能的伺服驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)、高精度并具有良好擾動(dòng)抑制能力的控制系統(tǒng)，為我國(guó)高端數(shù)控裝備行業(yè)及軍事能力提供重要保障成為當(dāng)務(wù)之急。
　　為實(shí)現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的高響應(yīng)、高精度控制，要充分了解被研究對(duì)象的本質(zhì)特

2、征并深入研究，本文首先建立永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對(duì)交流伺服系統(tǒng)響應(yīng)特性進(jìn)行理論分析，為后續(xù)深入研究進(jìn)行理論鋪墊。通過理論分析證明了反饋滯后對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)特性的不良影響，并對(duì)影響系統(tǒng)電流環(huán)及機(jī)械環(huán)(速度環(huán)及位置環(huán))響應(yīng)特性的因素進(jìn)行理論分析，為提高系統(tǒng)響應(yīng)特性奠定理論基礎(chǔ)。
　　控制系統(tǒng)反饋信號(hào)的精度及實(shí)時(shí)性是實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)、高精度控制的基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)磁電編碼器角度值的高精度反饋，本文研制了一種具有自適應(yīng)特征的磁電編碼器，提出了基于反正切角度

3、計(jì)算的跨區(qū)間制表誤差補(bǔ)償方法，消除了模擬信號(hào)品質(zhì)偏差造成的角度值誤差。為消除溫漂造成的磁電角度值偏差，提出了溫漂補(bǔ)償神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)了反饋角度值誤差的自適應(yīng)修正。為實(shí)現(xiàn)電流值的高精度檢測(cè)以及時(shí)滯誤差的補(bǔ)償，對(duì)電流計(jì)算工作時(shí)序進(jìn)行分析，提出電流雙級(jí)狀態(tài)觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了電流的高精度無時(shí)滯檢測(cè)。
　　電流環(huán)位于交流伺服控制結(jié)構(gòu)的最內(nèi)環(huán)，是實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)交流伺服控制的核心環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)電流的高響應(yīng)控制，本文首先針對(duì)低通濾波式前饋電流

4、指令的偏差問題進(jìn)行分析，并提出基于系統(tǒng)模型的電流前饋控制方法，該方法根據(jù)d-q軸電壓計(jì)算方程對(duì)前饋電流指令值進(jìn)行計(jì)算，提高了電流前饋指令精度及電流響應(yīng)速度。針對(duì)單中斷電流環(huán)結(jié)構(gòu)下的電壓矢量計(jì)算偏差問題進(jìn)行分析，考慮其不足，提出了前饋式角度誤差高頻補(bǔ)償方法，該方法提高了脈寬調(diào)制頻率，并且對(duì)角度傳輸時(shí)滯偏差進(jìn)行高頻補(bǔ)償，有效抑制了脈寬調(diào)制過程造成的相電流振蕩。但是提高脈寬調(diào)制頻率會(huì)惡化死區(qū)時(shí)間設(shè)置造成的不良影響，為了消除死區(qū)設(shè)置造成的不良影

5、響，提出了基于功率模塊死區(qū)特性的前饋控制方法，該方法依據(jù)電流狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)相電流方向進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并根據(jù)相電流方向?qū)λ绤^(qū)設(shè)置造成的脈寬調(diào)制幅值偏差進(jìn)行前饋補(bǔ)償，提高了電流環(huán)控制精度。為了進(jìn)一步提高電流環(huán)響應(yīng)速度，提出了前饋式電壓諧波注入脈寬調(diào)制控制方法，該方法依據(jù)三相調(diào)制電壓的符號(hào)位對(duì)諧波注入值進(jìn)行查表，并進(jìn)行前饋?zhàn)⑷耄行岣吡嗣}寬調(diào)制比，提高了母線電壓利用率及電壓矢量輸出最大幅值。
　　機(jī)械環(huán)具有良好的速度及位置指令跟蹤能力、負(fù)

6、載擾動(dòng)抑制能力以及在變參數(shù)條件下的適應(yīng)能力是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)高響應(yīng)、高精度控制的必要條件，依據(jù)前饋控制結(jié)構(gòu)以及基于狀態(tài)觀測(cè)器的反饋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的二自由度運(yùn)動(dòng)控制。為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度及負(fù)載擾動(dòng)抑制能力，基于電流前饋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了速度前饋控制器，實(shí)現(xiàn)前饋結(jié)構(gòu)的閉環(huán)計(jì)算，基于該前饋結(jié)構(gòu)，提出了增益自調(diào)節(jié)前饋控制方法，依據(jù)速度指令與反饋速度偏差值對(duì)前饋增益系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械環(huán)的高響應(yīng)特性以及良好的負(fù)載擾動(dòng)抑制能力。為提高機(jī)械環(huán)控制精度及

7、在變參數(shù)條件下的適應(yīng)能力，提出了基于位置環(huán)狀態(tài)器的神經(jīng)元轉(zhuǎn)動(dòng)慣量觀測(cè)方法，該方法依據(jù)位置狀態(tài)觀測(cè)偏差值對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了速度、位置以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的準(zhǔn)確觀測(cè)，提高了系統(tǒng)在變參數(shù)條件下的適應(yīng)能力以及控制精度。
　　基于本文所提出的具有自適應(yīng)特征的磁電編碼器，研制了高響應(yīng)交流伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)伺服控制系統(tǒng)硬件與軟件的完好結(jié)合。在此基礎(chǔ)上對(duì)本文所提出的控制方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，基于本文所提出的控制方法電流環(huán)具有良