基于自抗擾控制器的PMSM矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

式(9)~式(12)中V1是電流給定的跟蹤值，Z1是電流觀測的跟蹤值。使用ESO實(shí)時(shí)觀測出系統(tǒng)“內(nèi)外擾動(dòng)”并加以精確補(bǔ)償，即可消除耦合非線性因素的影響，從而實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的準(zhǔn)確解耦控制。由于電流環(huán)已經(jīng)抑制了各種擾動(dòng)，因此為了簡化控制器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)速度環(huán)以及位置環(huán)控制器時(shí)可將非線性跟蹤微分器省略。PMSM矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
　本文自行研制了基于DSP的多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，運(yùn)動(dòng)控制卡充分利用計(jì)算機(jī)資源，具有高度的集成性、可靠性以及實(shí)時(shí)性。
圖3是控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分。上位機(jī)ARM主要進(jìn)行加工指令輸入以及譯碼等操作；下位機(jī)DSP通過D/A模塊控制多個(gè)電機(jī)，并通過FPGA模塊解碼編碼器反饋信號，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制。基于DSP的多軸運(yùn)動(dòng)控制卡的主要功能模塊包括：

(1) 采用美國TI公司TMS320C2000系列高端運(yùn)動(dòng)控制芯片作為系統(tǒng)核心DSP芯片以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理以及復(fù)雜運(yùn)算；
(2) 采用雙口RAM實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制卡與上位機(jī)之間的高速通信；
(3) 采用CPLD以及FPGA實(shí)現(xiàn)I/O、片選、編碼器反饋解碼等控制功能的擴(kuò)充；
(4) 采用D/A模塊實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的伺服控制。
　為了驗(yàn)證基于ADRC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對于永磁同步電機(jī)的矢量控制效果，本文進(jìn)行了以下工作：
　(1) 通過仿真軟件包Matlab R2008a Simulink平臺進(jìn)行仿真以驗(yàn)證控制策略的可行性。圖4是分別采用經(jīng)典PID以及ADRC進(jìn)行對比控制時(shí)的轉(zhuǎn)子位置響應(yīng)曲線，由圖中可以看出采用ADRC時(shí)超調(diào)較小，響應(yīng)速度較快，系統(tǒng)性能良好。
(2)進(jìn)行基于DSP的多軸運(yùn)動(dòng)控制卡與電機(jī)的聯(lián)調(diào)以測試運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)性能。圖5、圖6分別是系統(tǒng)輸出電壓電流波形以及電流頻譜，由圖中可以看出系統(tǒng)輸出光滑而且穩(wěn)定，能夠在相當(dāng)大程度上抑制諧波。
(3) 應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行模型加工?；贏DRC的控制系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地加工出符合設(shè)計(jì)的要求的模型。

本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于自抗擾控制器（ADRC）的PMSM矢量控制系統(tǒng)。首先設(shè)計(jì)了基于ADRC的控制器，將系統(tǒng)內(nèi)部非線性項(xiàng)作為“系統(tǒng)內(nèi)擾”，實(shí)時(shí)觀測出系統(tǒng)內(nèi)外擾動(dòng)的綜合并進(jìn)行補(bǔ)償;其次自行研制了基于DSP的多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基于ADRC的矢量控制系統(tǒng)。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)性能良好，能夠快速加工出符合要求的模型。
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