[发明专利]一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法

说明书

技技术领域

本发明涉及一种基于模糊自抗扰的永磁同步电机(PMSM)伺服系统控制方法，属于高精度伺服控制系统的技术领域。

背景技术

随着对伺服系统控制精度要求的提高，系统扰动成为影响伺服控制系统精度的一个重要因素。扰动往往来源于建模过程中忽略的不确定因素、系统运行过程中摩擦力矩、负载突变以及参数变化等，这些因素的存在使得闭环系统性能变差甚至不稳定。此外，在系统不同运行工况下，系统控制器的控制参数不同，需通过人工进行分段调节，且在实际中很难做到精确调节，使控制性能达到最佳。因此，为提高伺服系统的位置控制精度，其控制器既要克服外部扰动对系统的影响，又要对系统不同运行状态具有自适应能力。

在PMSM位置伺服系统中，PMSM作为一个多变量、非线性和强耦合的被控对象，具有非线性和不确定性等特征。欲实现高精度伺服控制，必须克服PMSM、非线性摩擦及负载变化在内的不确定性因素和外部扰动对系统性能造成的影响。传统的控制方法通常采用PID控制，其算法简单、易于实现，能满足一定范围内的控制要求，但其设计依赖于精确的数学模型，抗外界干扰及内部扰动方面的性能不理想，很难实现高精度伺服控制要求。现代控制策略如：逆系统控制、自适应控制和滑模控制方法等，都需己知被控对象模型和扰动模型，且对参数依赖性强、系统鲁棒性差。智能控制不依赖于被控对象的数学模型，对参数扰动具有较强的鲁棒性，但算法复杂、控制系统成本高。

为了消除系统扰动影响以及控制参数难于调节的缺点，提高系统的控制性能，国内外学者进行了大量的研究。文献(高扬，杨明，于泳，等．基于扰动观测器的PMSM交流伺服系统[J].中国电机工程学报，2005，25 (22)：125-128.)设计了扰动观测器，观测和补偿系统在运行过程中存在的扰动，但其观测器对系统扰动估计不太准确，在超低速运转时，还需要结合对静摩擦和定位力矩的补偿方法，已获得更好的控制效果。在文献(Jian Gao ; Jianchuan Kuang, et. A novel position controller for PMSM servo system based on variable structure active disturba- nce rejection controller [C]. ICEMS2011 IEEE International Conference. pp.1-5）中设计了位置环的变结构自抗扰位置控制器，以减少可调参数个数以及提高伺服系统的控制精度，然而，该方法虽然综合了变结构控制与自抗扰控制的各自优点，但其控制效果很难达到最佳，控制参数还是比较难于调节，且引入了变结构控制所固有的“抖振”缺陷，一定程度上减弱了系统的鲁棒性。文献(孙凯，许镇琳等. 基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统. 中国电机工程学报，2007，27 (15)：43-46)利用自抗扰控制(ADRC)中的扩张状态观测器(Extended State Observer，ESO)对系统负载及摩擦力矩扰动进行估计并加以补偿，从而提高伺服系统的控制精度，该补偿控制方法既不依赖对象模型又不依赖摩擦模型，算法简单，鲁棒性强，易于工程应用。然而，该控制器中非线性误差反馈控制律调节参数只能在一定范围内能够满足控制要求，在超低速尤其是零速时，必须重新调整其控制参数，使系统能够正常运行。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于模糊自抗扰的PMSM伺服系统控制方法。该方法将基于自抗扰与模糊控制有机结合，两者优势互补。先用微分跟踪器为给定位置信号安排过渡过程，解决了系统“快速性和超调之间的矛盾”，其次用自抗扰技术中的扩张状态观测器观测出系统中建模误差带来的不确定性、系统摩擦力矩以及外界扰动；再根据由跟踪微分器产生的各阶微分与扩张状态观测器产生的状态变量估计之间的误差，运用技术人员通过实验经验得到模糊推理规则，以建立误差比例系数，微分系数和积分系数的模糊规则控制表，去模糊化后，得到精确控制量，以实现非线性误差反馈控制律的参数自适应调节，最后非线性误差反馈控制律与扩张状态观测器对总扰动的补偿量一起组成控制量，以满足在不同时刻，不同工况下实现对被控对象的最佳控制。该复合控制有效地提高了系统对扰动的补偿能力，使调速范围变宽，提高了系统跟踪精度和抗扰动能力。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：