基于扰动观测器的伺服系统摩擦补偿仿真——以永磁同步电机速度控制为例

简介：
本研究通过构建扰动观测器模型，针对永磁同步电机速度控制系统中的摩擦影响进行精确建模与仿真分析，提出了一种有效的摩擦补偿策略。 基于扰动观测器的伺服系统摩擦补偿Matlab仿真 1. 模型简介 本模型为基于扰动观测器的摩擦补偿仿真，采用永磁同步电机速度、电流双闭环控制结构进行开发，两个环路均使用PI控制器，并且已经调整好参数。 仿真中主要包含抗饱和PI控制器、LuGre摩擦力模型、扰动观测器、坐标变换（Park变换）、空间矢量脉宽调制(SVPWM)、逆变器和永磁同步电机模块等。其中，抗饱和PI控制器、摩擦力模型、扰动观测器、坐标变换以及SVPWM均采用Matlab Function编程实现，易于移植到实际硬件系统中。 整个仿真基于离散化处理进行，其结果更接近于数字控制系统的实际情况。 2. 算法简介 在伺服控制系统中，由于存在摩擦力的影响会导致系统响应性能下降。因此，在设计时需要对这种影响进行补偿。 本仿真实验通过引入LuGre摩擦模型来模拟摩擦力对系统性能的负面影响，并利用扰动观测器对其进行监测和补偿，从而减小了摩擦力带来的不利影响。 3. 仿真效果 ① 在加入摩擦力的情况下，设定速度为正弦波信号以模拟速度反复过零的现象。由于存在摩擦力的影响，在实际运行过程中当速度过零时不能很好地跟随给定的速度指令（如图1所示）。在0.6秒之前未启用扰动观测器，因此在此阶段观察到明显的跟踪误差；而从0.6秒开始开启扰动观测器后，系统能够更好地应对摩擦力的影响。