基于积分状态预测的Anti-Windup PID控制器设计

目前有多种方式用来抑制调速系统中调节器饱和引起的Windup现象。其中跟踪反计算控制策略,由于其采用线性反馈作用原理来减小调节器饱和时的积分累加值,因此对于这种策略的研究和应用较多。但由于在设计调节器参数时,没有考虑速度指令和负载的变化,固定的反计算参数一般难以在大范围内保证系统响应的一致性。为了在不同速度指令和负载转矩条件下,保证系统响应的一致性,本文提出了积分状态预测Anti-Windup策略来减小系统由于饱和现象而引起的性能下降,根据速度指令和负载转矩的变化,在调节器饱和时计算出积分器在系统稳态积分终值,并将其作为调节器进入线性段的积分初始值,当系统参数精确时使得系统呈现出最优的速度响应曲线。本文在相同的电流环和速度环调节器PI参数的条件下,进行了仿真实验,比较了上述AW策略与传统方法的速度响应性能。实验结果验证了理论分析及仿真波形的正确性。     

基于CPLD的光电码盘正交脉冲任意小数分频研究

在伺服系统位置控制中,必须接收外部位置脉冲指令,如构成全闭环系统还需将电机位置信号反馈至上位机,因此伺服控制器需要具备接受位置脉冲指令和脉冲分频输出的能力。本文研究一种基于CPLD的正交脉冲小数分频方法,不仅实现了码盘脉冲的任意小数分频,而且克服了传统的双模前置小数分频及其改进方法所造成的分频缺陷。同时实现了在三种脉冲给定模式下对位置脉冲计数及其方向鉴别。仿真和实验结果验证了所研究方案的可行性。     

永磁同步电机电流预测控制算法

在同步旋转轴系下,提出了一种基于无差拍算法的永磁同步电机离散化电流预测控制方法,来提高电机电流环的性能。基于电机数学模型,电流控制器根据电流给定和反馈值计算得到电压矢量,通过空间矢量脉宽调制模块将电压矢量转换为开关信号。引入了鲁棒电流预测算法,来减小预测模型参数误差对系统稳定性的影响。仿真和实验结果表明,与传统矢量控制相比,永磁同步电机电流预测控制算法有效地提高了伺服系统电流环的动态性能和稳态精度。     

基于无差拍控制的永磁同步电机鲁棒电流控制算法研究

由于数字控制固有的采样、滤波延时等因素,限制了系统电流环的性能,因此为了减小延时并提高伺服系统电流环控制性能,提出了一种基于无差拍控制原理的永磁同步电机鲁棒预测电流控制算法。根据电流给定和相应系统变量的反馈值,计算出下一周期逆变器的开关状态。分析了电机电感误差、电流采样及其滤波引起的系统相角裕量减小的问题。为了补偿系统的相角裕量,提高系统对电感参数的容许误差,引入了龙伯格(Luenberger)状态观测器,通过调节鲁棒性系数来增加系统的相角裕量。定量给出了鲁棒性系数与系统带宽和相角裕量之间的关系。使用一套750W永磁同步伺服单元验证了算法的有效性,并分析了仿真和实验结果。     

PMSM矢量控制系统的精确仿真研究

根据矢量控制原理,用Id=0的控制方式,在Matlab/Simulink环境下建立永磁同步伺服系统的仿真模型.为了精确的模拟实际系统,在仿真模型中加入了死区效应并且实现了离散控制.仿真中的电机模型参数全部按照实际电机手册的参数,控制器根据工程设计法分别计算出了电流环和速度环PI调节器的参数.但在模型的建立和对仿真结果的分析中,发现了2个仿真系统的问题:1)Simulink自带的坐标变换模块与理论公式的不同,包括选取系数和参考角度的不同;2)由于仿真步长的问题,离散控制系统的输出响应出现了一定的震荡.对以上问题都进行了详细的分析研究,最终得到了十分接近实际系统的仿真波形.     

微小转动惯量永磁同步电机电流环动态特性的研究

用于伺服系统的永磁同步电机,一般具有较小的转动惯量,可能使得电机的机械时间常数小于电磁时间常数.电流环在动态过程中不能有效抑制反电动势的扰动,电流的动态响应明显变差.为了减小反电势在转速动态过程中对电流环产生的扰动,两对比研究2种不同的补偿方法:改进电流环控制器的方式和在电流调节器输出处对反电动势进行的补偿方式.在仿真研究基础上,确定采用反电动势补偿方式进行实验.实验结果验证了当电机惯量较小时加入补偿措施后可以使电机在恒加速时反馈电流无差的跟随给定电流指令.     

微型伺服驱动器开关电源设计

为提高伺服驱动器的集成度,减小其体积,降低损耗,提出一种采用平面变压器的多路输出反激式开关电源,为伺服驱动器提供辅助及开关管驱动电源。采用UCC38C43作为电流控制芯片,增加了工作电压软起动电路,提高了系统的稳定性。对反激变换器在电流断续模式(DCM)下的工作原理进行了理论分析,讨论了平面变压器的设计并给出了计算公式。设计完成了20～60V直流电压输入,2路5V、4路15V直流输出,110kHz开关频率的原理样机,实验结果证明,该样机可在较宽的输入电压范围内实现可靠输出,且效率较高。     

永磁交流伺服系统速度控制器优化设计方法

针对永磁同步电机数字控制系统中,电机转速动态过程中出现的由于通常采用PI控制器串联校正来设计速度环而导致的超调和振荡问题,提出了一种速度控制器优化设计方法.在分析了永磁交流伺服系统速度环数学模型的基础上,调整了速度控制器中比例增益的作用位置,构成IP控制器局部反馈校正来设计速度环.根据稳定性和跟随性要求,选取转速偏差指标函数,优化控制器参数设计,同时在控制器设计中增加了anti - windup策略.所设计的控制器,可以获得电机转速的无超调、无振荡快速响应,并具有较强的抗扰动能力.仿真和实验结果验证了设计方法的有效性和可行性.