数控机床中永磁同步电机非线性控制若干关键问题研究

Permanent magnet synchronous motor (PMSM) has been widely used in the industry of Numerieal Control Machines because of its outstanding features such as simple structure, small size, high efficiency and reliable operation. However, PMSM is a multivariable and strongly coupling nonlinear system, whose control performance is still influenced by the parameter variations and perturbations in practical applications. And these problems directly affect the stable operation of the control system. In order to achieve high-accuracy control of speed and position for permanent magnet synchronous motor servo system, it is necessary to research the dynamic performance of the system, and then effectively compensate and control of the parameter uncertainties and all kind of disturbances. High-precision position control for permanent magnet synchronous motor servo system. A sliding-mode adaptive position control strategy is proposed by using the sliding mode control and adaptive control. The research focuses on the chaotic control system of PMSM applied to numerical control machines，there are some related researches on the strategy of nonlinear control system. In addition, the chaotic synchronization method of how to make PMSM process stable and how to design a simple practical controller are put forward. It is essential to both theory and engineering. According to control theory and Lyapunov theory, the stability and control method of PMSM are pointed out. It lays a foundation for the application and development of PMSM.

永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高和运行可靠等诸多优点在数控机床研究领域得到了广泛应用，然而永磁同步电机是一个强耦合、多变量、非线性的复杂系统。为了满足在复杂工作环境下高可靠性的控制要求，需要解决参数摄动、外部扰动等不确定性因素所带来的诸多问题，这些问题在一定的条件下直接影响着控制系统的稳定运行。为了实现电机伺服系统高精度速度和位置控制，在深入研究系统的动态性能的基础上，对系统中存在的各种扰动及参数的不确定性进行有效的补偿和控制。将系统的速度环和电流环一起考虑，将提出相应的非线性控制策略。为了实现高精度定位控制，将提出一种滑模自适应高精度定位控制策略。本项目还探讨永磁同步电机稳定运行的混沌同步控制方法以及如何设计实用的控制器，具有理论与工程应用双重价值。根据基本理论和Lyapunov稳定性理论，对永磁同步电机系统稳定和控制问题进行研究，为数控机床中的应用和发展打下了良好的基础。

永磁同步电机是一个强耦合、多变量、非线性的复杂系统。为了满足在复杂工作环境下高可靠性的控制要求，需要解决参数摄动、外部扰动等不确定性因素所带来的诸多问题，这些问题在一定的条件下直接影响着控制系统的稳定运行。迫切需要在永磁同步电机混沌控制方法上有所突破，以保证永磁同步电机系统在数控机床中稳定运行。.数控机床中永磁同步电机非线性混沌同步控制策略进行了研究，主要做了以下工作： .(1) 研究了参数固定的永磁同步电机混沌反推同步控制策略，以李雅普诺夫稳定性理论和非线性反推理论为基础，针对数控机床中永磁同步电机的混沌数学模型，设计出了反推同步控制器。其设计参数少，便于工程实现。.(2) 针对混沌反推同步控制在参数不确定的情况下控制精度不高，提出了参数不确定的永磁同步电机混沌脉冲同步控制策略，运用脉冲控制方法完成系统同步，根据Lyapunov稳定性原理以及脉冲控制相关理论，通过理论分析和数值仿真验证该方法的有效性。.(3) 针对设计的脉冲同步控制器的脉冲时间间隔难以准确确定，提出了参数不确定的永磁同步电机混沌模糊同步控制策略，首先确定模糊同步控制的数学模型，然后设计相应的控制规则，并研究其稳定性。.(4) 在研究脉冲同步控制和模糊同步控制的基础上，提出了模糊脉冲同步控制的混沌数学模型，设计了一种能够综合利用脉冲同步控制和模糊同步控制优点的控制器，并研究其稳定性。最后数值模拟，模拟结果表明所得的结果对于永磁同步电机的稳定性控制是有效的。. 本项目利用反推理论、脉冲微分方程的基本理论、模糊同步控制的基本理论和Lyapunov稳定性理论，研究几种控制框架下的永磁同步电机系统稳定问题，为永磁同步电机的应用和发展打下了良好的基础。