无传感器交流伺服系统高阶非奇异终端滑模控制的研究

研究基于高阶非奇异终端滑模的无传感器交流伺服系统的动态性能分析和设计方法。主要目标为：1)建立新的分析基于高阶非奇异终端滑模观测器的大调速范围无传感器交流伺服系统稳定性和鲁棒性的基础理论；2)开发评估基于高阶非奇异终端滑模观测器大调速范围无传感器交流驱动系统性能的技术方法；3) 提出独创性的无传感器交流伺服系统高阶非奇异终端滑模观测器和控制器的设计策略。无传感器交流伺服系统仍有些问题尚未得到很好解决，包括：对测量噪声的高敏感性，对电动机参数的依赖性较大，较低的观测精度，零速附近时难以观测等。本项目将设法解决这些问题，结合矢量控制方法和直接转矩控制方法，研究基于高阶非奇异终端滑模观测器的无传感器交流伺服系统的分析方法以及观测器和控制器的设计方法，还将研究高阶终端滑模观测器离散化后出现的一些复杂行为，探求保证离散化的观测器稳定性的条件。本项目将对变结构控制理论及其应用具有重要意义。

本项目研究了无传感器交流伺服系统的高阶非奇异终端滑模控制问题，包括了系统的动态性能分析，控制器和观测器的设计方法。首先，本项目研究了高阶终端滑模观测器的设计方法，分析滑模观测器的稳定条件和鲁棒性，并应用于系统的闭环控制。基于高阶终端滑模观测器，研究了感应电机和永磁同步电机伺服系统的分析与设计。采用高阶终端滑模观测器估计电机转速和位置，应用于矢量控制系统和直接转矩控制系统中。分析转速终端滑模观测器对参数摄动和外部扰动的鲁棒性。通过设计高阶终端滑模观测器在线辨识伺服系统的机械参数，如转动惯量、阻尼系数、负载转矩等。一旦这些参数能够准确估计出来，就可以对伺服系统控制器参数的进行自整定，采用最忧控制理论对系统进行设计，系统的性能就能得到提高。研究了高阶终端滑模观测器的离散化方法，探求保证离散化的观测器稳定性的条件，研究用于评估由于离散化造成的系统性能降低的方法。分析量化误差以及测量噪声对观测器的影响。构建了无传感器交流伺服系统的实验系统平台，并通过实验验证了所提出的终端滑模控制和观测器的正确性。