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交流伺服电机分数阶辨识与控制研究，硕士学位论文，共96页。
摘要
随着新型永磁 材料 的发现和电机制造 工艺水平的 不断提升 ，采用 永磁同步电动机 构建 交流 伺服系统 已经 成为 当前高 性能 领域的主流方向 。目前，交流伺服系统一般采 用传统的整数阶对象模型 与整数阶控制器 ，但在 实际情况中大多数物理系统都存分数阶现象， 只用整微积方程并不能完全描述交流伺服系统的特性以整数阶 模型作为对象设计 控制器 对伺服系统进行控制，在一定程度上 限制了系统的性能 。因 此， 本文将对交流伺服电机进行分数阶模型的辨识， 得到更准确的对 象模型，并针分数阶模型 来设计分数阶控制器 ，从而 实现伺服系统性能的提高。
首先 ，本文 介绍 了交流伺服电机的整数阶动态学模型， 利用分数阶理论将 永磁同 步电机 的整数阶 动态模型推广到分动态模型，并将其 动态模型，并将其 拆分 成两个对象环节，分别是 两个对象环节，分别是 电磁环节与机械。 针对两个象环节的 特性 ，分别 ，分别 设计 了分数阶 模型 的辨识实验方 法，并 采用 基于输出误差 的方法 来设计 时域 辨识 算法 。
其次， 为了得到更 准确的永磁同步电机分数阶模型， 本文以 DSP与 FPGA为核心 为核心 搭建起交流伺服控制系统实验平台 ，并在该平台上进行分数阶辨识实验。 ，并在该平台上进行分数阶辨识实验。 分别对电磁环 节以及机械环进行分数阶辨识实验，并通过系统算法得到其模型然后使 节以及机械环进行分数阶辨识实验，并通过系统算法得到其模型然后使 节以及机械环进行分数阶辨识实验，并通过系统算法得到其模型然后使 用同样的辨识算法可以得到整数阶模型。 然后， 采用同一约束条件下分别对数阶模型 和整数阶模型进行控制器 的设计，并采用这两组控制器 在 Matlab/Simulink环境下进行 环境下进行 环境下进行 仿真 ，以及 在伺服控制系统实验 平台上进行。最终，将 。最终，将 。最终，将 仿真结果与实验按照一 定的指标进行比较， 发现 分数阶模型能 更准确描述永磁同步电动机系统的特性。
最后， 为了进一步提高伺服系统的性能，本文 为了进一步提高伺服系统的性能，本文 利用上述辨识实验得到的 永磁同步电 动机分数阶模型 动机分数阶模型 动机分数阶模型 动机分数阶模型 动机分数阶模型 动机分数阶模型 动机分数阶模型 进行 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 控制器的设计。采用频域 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 法与时域指标相结合的准则， 分别 进行分数阶 PID控制器与整数阶 PID控制器设计，并在 控制器设计，并在 Matlab/Simulink环境下进 行仿真研究 ，以及 在伺服控制系统实验平台上进行研究 。通过 仿真结果 与实验结果 的分析 对比， 表明分数阶控制 器比整器具有更好的控制效果， 可提高系统的快 速性、稳定及抗扰能 ，从而提高伺服系统的性能。
关键词： 交流伺服系统 ；永磁同步电动机；分数阶辨识

目 录
摘 要 I
ABSTRACT I
第一章 绪论 1
11 课题的研究背景及意义 1
12 分数阶研究现状 2
121 分数阶辨识研究现状 3
122 分数阶控制器研究现状 4
13 本文研究内容 6
第二章 交流伺服电机矢量控制基础 8
21 永磁同步电机的动态数学模型 8
211 三相静止坐标系下数学模型 8
212 两相静止坐标系下数学模型 8
213 两相旋转 坐标系下数学模型 10
22 SVPWM 空间矢量脉宽调制原理及实现 11
23交流伺服 系统三闭环 矢量 控制策略 14
24 本章小结 16
第三章 交流伺服电机的分数阶辨识 设计 17
31 分数阶基本理论 17
311 基本函数 17
312 分数阶微积定义 18
313 分数阶微积性质 19
32 永磁同步电动机分数阶态学模型 20
33 分数阶微积算子的近似及离散化 22
331 直接 离散化方法 22
332 间接离散化方法 23
34 分数阶积算子的近似 25
35 分数阶系统的近似 25
3.6 分数阶模型时域辨识算法 27
辨识实验方案 30
371 输入信号的选择 30
372 电磁环节实验方案 30
373 机械环节实验方案 32
38 本章小结 34
第四章 交流伺服电机的分数阶辨识实验 35
41 交流伺服控制系统实验平台 35
411 交流伺服系统硬件平台 36
412 交流伺服系统软件结构 38
42 分数阶时域辨识实验 39
421 电磁环节辨识实验 39
422 机械环节辨识实验 42
43 分数阶模型验证 45
431 电磁环节模型验证 45
432 机械环节验证 51
44 本章小结 56
第五章 交流伺服系统分数阶控制仿真与实验 57
51 分数阶 PID控制器 57
511 分数阶 积分算子特性 57
512 分数阶微算子特性 58
52 分数阶 PID控制器结构 58
53 分数阶 PID控制器的设计 60
531 分数阶 PI控制器参数整定 控制器参数整定 60
532 整数阶 PI控制器参数整定 63
54 分数阶 PID控制器的实现 64
55 基于分数阶 PI控制器的交流伺服系统仿真 控制器的交流伺服系统仿真 65
551 电流环仿真分析 65
552 空载启动性能仿真分析 66
553 负载突变 仿真分析 67
554 电机参数扰动仿真分析 68
555 位置控制仿真分析 69
56 交流伺服控制系统实验 平台与 69
561 电流环阶跃响应实验 69
562 空载实验 70
563 负载实验 72
564 位置跟踪实验 76
57 本章小结 77
结 论 79
1、本文总结 79
2、工作展望 80
参考文献 81
攻读硕士学位期间取得的研究成果 87