载荷突变下无人搬运车永磁同步驱动电机调速控制研究.pdf

摘要

摘要

无人搬运车作为一种自动化、智能化的运输设备，因其智能化程度高、机动能力强、

控制精度高等优势被广泛地应用。无人搬运车速度精确控制是稳定运行、精确作业的根

本保证，而实现速度的精确控制取决于驱动电机调速系统的控制性能。无人搬运车在工

作时，由于装卸货物会使其载荷发生突变，从而引起驱动电机负载发生突变。而这种突

变会引起永磁同步电机的转速波动，进而影响无人搬运车的正常工作。因此，为了保证

无人搬运车在载荷突变时速度控制性能，对无人搬运车永磁同步电机的调速控制展开研

究，主要的研究内容如下：

（1）建立永磁同步驱动电机数学模型。首先分析无人搬运车载荷突变时的驱动电

机特性，然后根据坐标变换理论，推导出永磁同步电机简化的数学模型；最后介绍矢量

控制和空间矢量脉宽调制原理，采用矢量控制法进行电机控制，并基于i0控制搭建

d

了永磁同步电机矢量控制系统模型。

（2）设计非奇异快速终端滑模控制器。针对传统的PI控制在无人搬运车载荷变化

时永磁同步电机速度波动大、响应速度慢等不足，结合滑模控制抗扰性强、响应速度快

的特点和无人搬运车变载荷工作状况，设计了一种抗扰动能力强、动态性能好的新型趋

近律的滑模速度控制器，并通过李雅普诺夫稳定性定理验证了控制器的稳定性。

3

（）设计滑模扰动观测器。根据扰动观测器原理，针对电机工作时存在的外部扰

动，设计了负载扰动观测器。滑模扰动观测器通过已知量电流和电磁转矩来实现对未知

量负载扰动的观测，并将观测值前馈补偿到永磁同步电机电流环中，与第三章速度控制

器构成一种基于扰动前馈补偿的复合控制器。

（4）仿真与实验验证。在MATLAB/Simulink中搭建基于扰动前馈补偿的非奇异快

速终端滑模速度控制器仿真模型，进行滑模扰动观测器与速度控制器仿真分析，通过对

比仿真结果可知，滑模扰动观测器能够快速准确地观测出负载扰动，本文提出控制策略

具有良好的抗扰性能和动态性能。最后进行实验验证，通过与PI控制、滑模控制实验

对比，进一步验证了本文提出的控制策略的正确性和有效性。

关键词：无人搬运车，永磁同步电机，非奇异快速终端滑模控制，滑模扰动观测器

I

盐城工学院硕士学位论文

Abstract

Asanautomatedandintelligenttransportationequipment,automatedguidedvehicleis

widelyusedduetotheirhighlevelofintelligence,strongmobility,andhighcontrolaccuracy

advantages.Accuratespeedcontrolofautomatedguidedvehicleisthefundamentalguarantee

forstableoperationandpreciseoperation,andachievingprecisespeedcontroldependsonthe

controlperformanceofthedrivemotorspeedcontrolsystem.Duringtheoperationof

automatedguidedvehicle,theloadingandunloadingofgoodscancauseasuddenchangein

itsload,resultinginasuddenchangeintheloadofthedrivingmotor.Andthissuddenchange

willcausefluctu