多直流电机的比例协调控制系统研究与设计

作     者：庄浩 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张登峰

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：多电机比例协调控制 μcosⅡ 滑模控制 非线性干扰观测器 环形耦合 

摘      要：多电机协调控制系统广泛应用于纺织、造纸、印染等工业生产过程。随着产品质量要求的逐渐提高,对多电机系统的协调性能提出了更高的要求。因此,为提高多电机系统的协调性能,本文以多台直流无刷电机构成的比例协调控制系统为研究对象,针对多电机系统的比例协调关系,深入研究可实用化的多电机比例协调控制技术。首先,在环形耦合控制结构下,提出了基于非线性干扰观测器的多电机自适应反演滑模控制算法。利用非线性干扰观测器对电机未建模动态与外部负载干扰进行观测并进行补偿,提高系统的抗干扰性能和协调性能并有效地降低传统滑模控制的抖振水平。对干扰补偿后的系统,设计基于动态面自适应反演滑模控制器。该控制器利用一阶滤波器计算虚拟控制量的导数,消除传统反演法对虚拟控制量求导引起的微分项膨胀问题,避免在环形耦合控制结构下协调误差的高阶导数复杂导致控制律难以求出;并设计自适应律估计干扰观测误差上界,以观测误差上界的估计值作为最终的滑模切换增益,进一步降低滑模控制的抖振水平。其次,为验证本文算法的正确性,搭建一个双电机比例协调控制实验平台。根据系统的技术指标要求,确定了实验平台总体结构,并完成关键部件的选型设计。根据实验平台总体结构,以TMS320F28335为控制器,以DRV8301为驱动芯片完成控制系统的硬件设计。根据硬件系统,设计基于μcosⅡ操作系统的软件开发框架,完成操作系统的移植和板级驱动程序的设计,并利用μcosⅡ操作系统提供的系统服务和多任务编程框架,完成应用层软件设计,提高了系统的实时性,实现各任务同步以及电机间数据同步。最后,在实验平台上,通过阶跃信号同步控制实验、正弦信号同步控制实验、恒比例协调控制实验、反向同步控制实验以及变比例协调控制实验,验证了本文给出的多电机比例协调控制算法的正确性。