Полный

Jan 27, 2024

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6200 (2023) Цитировать эту статью

572 Доступа

Подробности о метриках

Для достижения высокой точности управления скоростью высокоскоростного синхронного двигателя с постоянными магнитами обычно применяется управление скользящим режимом (SMC). Однако присущее явление вибрации влияет на характеристики регулирования скорости. Для решения этой проблемы в этой статье предлагается составной регулятор скорости, который состоит из двух частей: адаптивного SMC полного порядка и наблюдателя расширенного состояния (ESO). Предложен закон адаптации коэффициента усиления переключения для максимально возможной минимизации вибраций при обеспечении устойчивости управления скользящим режимом. Суммарное возмущение оценивается ESO и посредством прямой связи, что улучшает способность системы противодействовать возмущениям. Наконец, эффективность предлагаемого регулятора скорости была подтверждена на испытательном стенде.

Высокоскоростной синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) играет важную роль в автомобильной промышленности благодаря своей высокой производительности, эффективности и удельной мощности1. При регулировании скорости на системы привода будут влиять изменения внутренних параметров (например, изменение выходного крутящего момента, вызванное изменением инерции вращения и индуктивности), а также изменение внешнего момента нагрузки системы. Чтобы повысить надежность контура скорости в более высокопроизводительных приложениях, было проведено множество исследований.

ПИ-регулирование простое и легко реализуемое, оно является основным методом управления контуром скорости1. Хотя ПИ-регулятор с одной степенью свободы (1DOF) может справиться с подавлением помех, но его возможности очень ограничены, поскольку существует противоречие между перерегулированием и характеристиками подавления помех. Более того, из-за нуля, введенного ПИ-регулятором, перерегулирование контура скорости неизбежно. Эту проблему можно решить, заменив его на IP-контроллер, но пропускная способность этой структуры ниже, чем у PI-контроллера2. Чтобы разрешить противоречие между перерегулированием и подавлением помех, используются ПИ-регуляторы с двумя степенями свободы (2DOF)3,4,5. В ссылке 3 ПИ-регуляторы с 2 степенями свободы спроектированы с учетом передаточной функции контура, принимая во внимание опорную команду. Эти контроллеры могут обеспечивать отслеживание и защиту от помех соответственно. В ссылке 5 предлагается новый ПИ-регулятор скорости с 2DOF, который может не только обеспечить отслеживание скорости, но также эффективно улучшить способность системы противостоять помехам в нагрузке и повысить устойчивость системы к изменению инерции. . Однако структура более сложна по сравнению с ПИ-регуляторами 1DOF, что означает, что настройка параметров может быть затруднена, а алгоритмы предотвращения закрытия6,7 также отличаются.

Однако ПИ-регулирование имеет низкую надежность из-за изменения крутящего момента и изменения параметров, что приводит к большим колебаниям скорости. Таким образом, повышение надежности контура скорости становится одним из важных показателей для измерения производительности контура скорости. Управление скользящим режимом (SMC) очень популярно среди исследователей из-за его высокой надежности и простой структуры8. Но наличие болтовни является самой большой проблемой SMC из-за различных нежелательных факторов9. Теория пограничного слоя уменьшает проблему вибраций системы, превращая функцию переключения в непрерывную функцию, например: функцию насыщения10 или функцию гиперболического тангенса11, но этот метод может обеспечить только практическую стабилизацию и точность управления системой. т. е. установившаяся погрешность скорости зависит от параметров непрерывной функции. Для устранения проблемы дребезга в заданном сигнале команды крутящего момента используется улучшенный закон достиже- ния12,13 (т.е. закон достиже- ния разрабатывается путем объединения состояний систем), но это значительно снижает робастность СМК, уменьшает точность управления регулятором скорости и ошибка отслеживания скорости не могут строго сходиться к нулю. Метод проектирования адаптивного регулятора скользящего режима предложен в [14], но член управления переключением появился явно при разработке закона управления, и никакая стратегия по ослаблению или устранению дребезжания не рассматривалась. Поэтому в управляющем сигнале возникало высокочастотное дребезжание, что влияло на стабильность работы системы. SMC высокого порядка вводятся в литературу для уменьшения дребезга за счет включения разрывных членов в интегралы, что существенно ухудшает явление дребезга15,16. Но получается сложная структура и трудное доказательство стабильности. В дополнение к усовершенствованию основного регулятора скорости вводятся наблюдатели возмущений17,18 для оценки общего или частичного возмущения, которое будет передаваться на выход контроллера. Благодаря компенсации возмущений регулятор скорости может справиться с подавлением возмущений, и динамика системы будет улучшена. Если компенсация передается на SMC, коэффициент переключения, определяемый общим возмущением, будет уменьшен, и, следовательно, вибрация также ухудшится.