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基于自抗扰控制器的无刷直流电机控制系统

时间:2017/7/11 9:16:00   来源:本网   添加人:admin

  中国电机工程学报基于自抗扰控制器的无刷直流电机控制系统夏长亮,李正军,杨荣,祁温雅,修杰(天津大学电气与自动化工程学院,天津市南开区30072)对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良并且算法简单。无刷直流电机作v为一个非线性系统,采用经典PID控制难以得到满意的控制效果。为了提篼控制系统的动态性能和鲁棒性,文中给出了无刷直流电机的自抗扰控制方案。该控制方案不需要精确电机参数就可以实现干扰补偿,控制器的设计也不需要建立电机的精确数学模型。自抗扰控制器利用其内部的扩张状态观测器可以估计出系统的内外扰动,据此将电机等效为由两基金项目:天津市应用基础研究计划重点项目(043802011);天津市科技攻关计划重大科技工程项目(053182811)。

  个非线性系统构成的串联对象,然后设计两个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制,内环控制电流,外环控制转速自抗扰控制器参数的整定和相应的控制算法通过软件实现。

  无刷直流电机自抗扰控制图控制器,ADRC2和Z/组成整个系统的内环,ADRC1和ZS组成整个系统的外环,设计时先把内环的传递函数当作1,认为广直接控制5:S,设计ADRC1,然后把i‘作为的输入,i跟踪二据此设计ADRC2.选择适当的参数,保证扩张状态观测器能很好地估计出系统总扰动的实时作用量,两个非线性时变子系统就被近似地变成两个积无刷直流电机硬件控制框图系统通过霍尔元件检测电机转子位置信号,DSP将位置信号转化为速度信号,速度信号作为15的输出量送入ADRC1,非线性反馈控制律计算后得到的控制量为ADRC2的给定输入,1/的输出量即控制电路主回路电流由DSP的A/D单元得到,ADRC2输出的控制量通过DSP的事件单元(EVA)转化为占空比不同的方波来实现对样机的控制。速度环采样周期为15ms,电流环采样周期为3.2叫。

  为系统空载且给定转速为额定转速时样机的转速响应曲线和速度跟踪曲线。

  样机空载转速响应和跟踪曲线显示出:①样机起动时转速响应快并且超调小,解决了经典PID控制响应快速时超调大的矛盾;②整定参数后的ADRC1可以很好地跟踪速度输出。

  为样机空载且给定转速为额定转速时控制系统主回路的电流实际曲线和跟踪曲线。

  主回路电流曲线和跟踪曲线为突加一定负载时样机转速响应曲线。由图可得,当系统受到一定的外来扰动时能自动对扰动进行动态补偿,验证了自抗扰控制器具有良好的空载加外扰时样机转速响应曲线主回路中串入0.2Q电阻模拟样机相电阻发生变化。电机转速响应图如所示。将该曲线与相电阻变化前的响应曲线进行比较,结果表明,当电机参数发生变化时控制系统依然保持很好的动态性能,具有较强的鲁棒性。

  电机参数发生变化后的样机转速响应结束语为提高无刷直流电机控制系统的性能,本文根据自抗扰控制原理给出了电机的新型控制方案。该方案具有以下优点:算法简单,便于工程应用,控制器设计只需电机的转速子系统和电流子系统的时间尺度,而不依赖电机的精确模型。

  性能优良,响应快并且超调小,一定范围内的负载变化和电机参数的变化不影响整个控制系统的品质,鲁棒性强。