摘要
超低速永磁同步电机常用于天文望远镜系统，对控制精度要求高，需要能够指向目标天体、跟踪目标天体。转速控制作为基础一环，影响着位置控制的性能，所以研究超低速永磁同步电机转速控制策略具有实际意义。以一转每天为转速控制目标，通过永磁同步电机直驱，采用高精度光电编码器进行位置测量，研究超低速永磁同步电机转速控制策略，主要工作如下： 首先，建立考虑位置量化误差的超低速永磁同步电机电流闭环数学模型和考虑机械谐振的转速开环系统数学模型。永磁同步电机数学模型包括电气方程和机械方程。电流环采用PI控制，根据内模控制策略实现电流环的PI参数整定。讨论位置量化误差对电流环的影响。建立考虑机械谐振的转速开环数学模型，根据超低速控制目标进行系统标幺化。介绍仿真参数，并根据仿真参数计算出系统存在各干扰的波动频率。 其次，为保证控制策略的鲁棒性，需要预先知道永磁同步电机转动惯量和系统机械谐振频率。转动惯量的离线辨识通过最小二乘法实现，仿真进行验证。为获取机械谐振频率信息，分析机械谐振两个谐振频率的特点，根据谱分析法对转速开环系统进行辨识。将伪随机信号作为系统辨识的输入信号，分析其发生原理以及特点。通过仿真验证谱分析法的可行性。 然后，对存在位置量化误差、考虑机械谐振的超低速永磁同步电机转速控制系统进行超调抑制。分析考虑机械谐振的转速闭环四阶系统PI参数的整定方法，并讨论位置量化误差造成的转速计算误差对PI转速闭环系统的影响。通过仿真观察基于PI控制的转速闭环的动态性能和抗扰性。针对PI控制策略存在的问题，为抑制超调，对IP控制器进行研究。分析IP控制和PI控制的联系，并推导IP控制的等效形式，通过仿真验证IP控制抑制超调的能力。 最后，对存在位置量化误差、考虑机械谐振的超低速永磁同步电机转速控制系统进行扰动抑制。为抑制负载干扰，受IP控制等效形式的启发，对预滤波器进行研究。根据输入信号和谐振频率信息确定预滤波器的结构和参数整定方法，仿真分析预滤波器-PI控制性能。为抑制位置量化误差造成的转速计算误差干扰，引入龙伯格观测器进行转速观测、扰动补偿。通过比较动态性能、负载干扰造成的低频转速波动幅值以及转速计算误差造成的高频转速波动程度，证明预滤波器-龙伯格控制策略的优越性。
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