基于自適應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)療機械、智能機械人、汽車、精密數(shù)控機床行業(yè)的快速發(fā)展，對伺服技術(shù)各項指標的要求也越來越高。若想實現(xiàn)高性能的伺服控制技術(shù)，則要求伺服系統(tǒng)具有良好的響應跟蹤能力以及良好的擾動抑制能力。研究先進可行的控制方法，研制出高性能的伺服驅(qū)動裝置，實現(xiàn)高響應、高精度并具有良好擾動抑制能力的控制系統(tǒng)，為我國高端數(shù)控裝備行業(yè)及軍事能力提供重要保障成為當務之急。
　　為實現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的高響應、高精度控制，要充分了解被研究對象的本質(zhì)特

2、征并深入研究，本文首先建立永磁同步電機數(shù)學模型，對交流伺服系統(tǒng)響應特性進行理論分析，為后續(xù)深入研究進行理論鋪墊。通過理論分析證明了反饋滯后對系統(tǒng)響應特性的不良影響，并對影響系統(tǒng)電流環(huán)及機械環(huán)(速度環(huán)及位置環(huán))響應特性的因素進行理論分析，為提高系統(tǒng)響應特性奠定理論基礎(chǔ)。
　　控制系統(tǒng)反饋信號的精度及實時性是實現(xiàn)高響應、高精度控制的基礎(chǔ)，為實現(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特征的磁電編碼器，提出了基于反正切角度

3、計算的跨區(qū)間制表誤差補償方法，消除了模擬信號品質(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，提出了溫漂補償神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)自適應補償算法，實現(xiàn)了反饋角度值誤差的自適應修正。為實現(xiàn)電流值的高精度檢測以及時滯誤差的補償，對電流計算工作時序進行分析，提出電流雙級狀態(tài)觀測器，實現(xiàn)了電流的高精度無時滯檢測。
　　電流環(huán)位于交流伺服控制結(jié)構(gòu)的最內(nèi)環(huán)，是實現(xiàn)高響應交流伺服控制的核心環(huán)節(jié)。為實現(xiàn)電流的高響應控制，本文首先針對低通濾波式前饋電流

4、指令的偏差問題進行分析，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軸電壓計算方程對前饋電流指令值進行計算，提高了電流前饋指令精度及電流響應速度。針對單中斷電流環(huán)結(jié)構(gòu)下的電壓矢量計算偏差問題進行分析，考慮其不足，提出了前饋式角度誤差高頻補償方法，該方法提高了脈寬調(diào)制頻率，并且對角度傳輸時滯偏差進行高頻補償，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)制頻率會惡化死區(qū)時間設(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)觀測器對相電流方向進行準確判斷，并根據(jù)相電流方向?qū)λ绤^(qū)設(shè)置造成的脈寬調(diào)制幅值偏差進行前饋補償，提高了電流環(huán)控制精度。為了進一步提高電流環(huán)響應速度，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)制電壓的符號位對諧波注入值進行查表，并進行前饋注入，有效提高了脈寬調(diào)制比，提高了母線電壓利用率及電壓矢量輸出最大幅值。
　　機械環(huán)具有良好的速度及位置指令跟蹤能力、負

6、載擾動抑制能力以及在變參數(shù)條件下的適應能力是實現(xiàn)控制系統(tǒng)高響應、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)觀測器的反饋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)控制系統(tǒng)的二自由度運動控制。為提高系統(tǒng)響應速度及負載擾動抑制能力，基于電流前饋結(jié)構(gòu)設(shè)計了速度前饋控制器，實現(xiàn)前饋結(jié)構(gòu)的閉環(huán)計算，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前饋增益系數(shù)進行自適應調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了機械環(huán)的高響應特性以及良好的負載擾動抑制能力。為提高機械環(huán)控制精度及

7、在變參數(shù)條件下的適應能力，提出了基于位置環(huán)狀態(tài)器的神經(jīng)元轉(zhuǎn)動慣量觀測方法，該方法依據(jù)位置狀態(tài)觀測偏差值對轉(zhuǎn)動慣量進行自適應調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了速度、位置以及轉(zhuǎn)動慣量的準確觀測，提高了系統(tǒng)在變參數(shù)條件下的適應能力以及控制精度。
　　基于本文所提出的具有自適應特征的磁電編碼器，研制了高響應交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)伺服控制系統(tǒng)硬件與軟件的完好結(jié)合。在此基礎(chǔ)上對本文所提出的控制方法進行實驗驗證，實驗結(jié)果證明，基于本文所提出的控制方法電流環(huán)具有良