当前位置:首页 > 电源 > 数字电源
[导读] 针对永磁同步电机存在的非线性、强耦合、参数摄动等问题,设计并实现了基于自抗扰控制器(ADRC)的矢量控制系统。首先提出基于ADRC的控制策略,实时观测出由系统内部非线性因素以及外部扰动引起的“内外扰动”并进行补偿,从而实现精确控制;其次研制基于DSP的多轴运动控制卡,并在此基础上实现了基于ADRC的PMSM矢量控制系统。仿真及实验结果表明,系统具有良好的动态性能及鲁棒性,能够快速加工出符合要求的模型。

永磁同步电机PMSM(Permanent Magner Synchronous Machine)具有功率密度高、体积小、效率高、惯量小等优点,广泛应用于数控机床领域[1]。然而PMSM是一个非线性、强耦合、参数摄动的多变量系统,对于外界扰动以及系统参数变化比较敏感,因此对于控制系统要求较高,既要具有高性能的软硬件结构,又要具有高性能的控制策略和控制算法[2]。
 为了提高PMSM控制性能, 国内外学者展开了广泛研究。参考文献[3]提出一种基于状态观测和反馈的控制策略, 参考文献[4]提出一种基于自抗扰控制器的控制策略,这些方法具有良好的动静态性能,却未考虑电流环中耦合非线性因素的影响,无法从根本上解决非线性问题;参考文献[5]提出一种基于模糊自适应PID及干扰观测器的三环控制策略,但是这种方法算法较复杂,实时性较差。
 本文提出并实现了一种基于自抗扰控制器[6-7](ADRC)的PMSM矢量控制系统。首先设计基于ADRC的控制器,实时观测出由系统内部非线性因素以及外部扰动引起的“内外扰动”并进行补偿,从而实现精确控制。其次自行研制了基于DSP的多轴运动控制卡,并在此基础上实现了基于ADRC的矢量控制系统。仿真及实验结果表明,系统具有良好的动态性能及鲁棒性,能够快速加工出符合要求的模型。
1 ADRC数学模型
 自抗扰控制器是一种基于误差反馈的新型控制器,主要由非线性跟踪微分器(NTD)、扩张状态观测器(ESO)、非线性误差反馈(NLSEF)三部分组成,对于形如式(1)的非线性不确定对象具有良好的控制效果。

[!--empirenews.page--]

    式(9)~式(12)中V1是电流给定的跟踪值,Z1是电流观测的跟踪值。使用ESO实时观测出系统“内外扰动”并加以精确补偿,即可消除耦合非线性因素的影响,从而实现电流环的准确解耦控制。由于电流环已经抑制了各种扰动,因此为了简化控制器结构,设计速度环以及位置环控制器时可将非线性跟踪微分器省略。PMSM矢量控制系统结构见图2。

 

 

3 控制系统实现
 本文自行研制了基于DSP的多轴运动控制卡,运动控制卡充分利用计算机资源,具有高度的集成性、可靠性以及实时性。
   图3是控制系统整体结构图,系统分为上位机和下位机两大部分。上位机ARM主要进行加工指令输入以及译码等操作;下位机DSP通过D/A模块控制多个电机,并通过FPGA模块解码编码器反馈信号,在此基础上实现电机的闭环控制。基于DSP的多轴运动控制卡的主要功能模块包括:

   (1) 采用美国TI公司TMS320C2000系列高端运动控制芯片作为系统核心DSP芯片以实现系统的实时处理以及复杂运算;
   (2) 采用双口RAM实现运动控制卡与上位机之间的高速通信;
   (3) 采用CPLD以及FPGA实现I/O、片选、编码器反馈解码等控制功能的扩充;
   (4) 采用D/A模块实现对电机的伺服控制。
 为了验证基于ADRC的运动控制系统对于永磁同步电机的矢量控制效果,本文进行了以下工作:
 (1) 通过仿真软件包Matlab R2008a Simulink平台进行仿真以验证控制策略的可行性。图4是分别采用经典PID以及ADRC进行对比控制时的转子位置响应曲线,由图中可以看出采用ADRC时超调较小,响应速度较快,系统性能良好。
    (2)进行基于DSP的多轴运动控制卡与电机的联调以测试运动控制系统性能。图5、图6分别是系统输出电压电流波形以及电流频谱,由图中可以看出系统输出光滑而且稳定,能够在相当大程度上抑制谐波。
    (3) 应用运动控制系统进行模型加工。基于ADRC的控制系统能够快速、准确地加工出符合设计的要求的模型。

    本文提出并实现了一种基于自抗扰控制器(ADRC)的PMSM矢量控制系统。首先设计了基于ADRC的控制器,将系统内部非线性项作为“系统内扰”,实时观测出系统内外扰动的综合并进行补偿;其次自行研制了基于DSP的多轴运动控制卡,并在此基础上实现了基于ADRC的矢量控制系统。仿真及实验结果表明系统性能良好,能够快速加工出符合要求的模型。
参考文献
[1] Yasser Abdel-Rady Ibrahim Mohamed. Design and implementation of a robust current-control scheme for a PMSM vector drive with a simple adaptive disturbance observer[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2007,54(4):1981-1988.
[2] Yasser Abdel-Rady Ibrahim Mohamed,Ehab F. El-Saadany. A current control scheme with an adaptive internal model for torque ripple minimization and robust current regulation in PMSM Drive Systems[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2008,23(1):92-100.
[3] 郑泽东,李永东,FADEL M,等.基于状态观测和反馈的伺服系统位置控制器[J].清华大学学报(自然科学版),2008,48(1):24-27.
[4] 孙 凯,许镇琳,盖廓.等, 基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统[J]. 中国电机工程学报,2007,27(15):43-46.
[5] 刘子建,吴敏,陈鑫,等.永磁同步电机混合非线性控制策略[J]. 浙江大学学报, 2010,44(7):1303-1307.
[6] 韩京清. 自抗扰控制器及其应用[J].控制与决策,1998,13(1):19-23.
[7] 韩京清. 从PID技术到“自抗扰控制”技术[J].控制工程, 2002,9(3):13-18.

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭