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题名	基于模糊滑模PID的双电机交叉耦合同步驱动控制研究
作者	钟楷铭1,2
答辩日期	2023-08-16
授予单位	中国科学院大学
授予地点	中国科学院深海科学与工程研究所
导师	陈铭
关键词	滑模控制 模糊控制 负载观测器 交叉耦合同步控制
学位名称	工学硕士
学位专业	机械电子工程
英文摘要	海底沉积物多参量原位环境检测设备配置了孔压静力触探探头，纵、横波特 征探头以及激光拉曼光谱探头等传感器。该设备通过卷绕式贯入装置将前端安装 了上述传感器的柔性探杆匀速贯入深海沉积物中，对沉积物力学(静力触探)，光 学(激光拉曼)，声学(纵横波速)和电学(电阻率)参数进行监测。卷绕式贯入装置采 用两台三相异步电机同步驱动探杆贯入。由于海底沉积物具有高含水量、低容重 和低抗剪切强度的特点，设备会面临多参量传感器贯入负载不均匀和不确定性， 以及贯入装置同步驱动的问题。因此我们需要设计控制器解决以上问题。 首先为了获得真实且有效的原位测量数据，针对多参量传感器在贯入过程中 负载不均匀性、不确定性影响电机调速性能的问题，本文设计了模糊滑模控制器。 通过建立卷绕式贯入单元驱动装置的三相异步电机数学模型，基于转子磁场定向 的矢量调速控制搭建理想控制模型。分析滑模变结构控制器的特点，改进传统指 数型趋近律，优化滑模控制器性能。然后加入负载观测器和模糊控制器解决滑模 控制器负载转矩未知和抖振问题，改善电机对转速信号的响应性能。使用Matlab Simulink 对模糊滑模控制器进行仿真，分析电机在空载情况下、不同负载情况下， 对阶跃速度信号和正弦速度信号的响应，并且和传统滑模控制器，经典PID控制 器进行比较，验证其改善了电机工作性能：提高了响应速度，降低超调量，减少 了稳态误差和具有不错的鲁棒性。 其次为了解决两台电机因参数差异、不同负载等因素造成的同步偏差问题， 本文引入了交叉耦合控制策略。通过将两电机的各自实时转速的差值作为反馈信 号传递到各电机的输入端作为补偿，实现两电机的同步控制。使用 Matlab Simulink 仿真，分析两电机在不同负载下对阶跃速度信号的响应和在白噪声干扰 下正弦速度信号的响应，验证了交叉耦合控制策略实现两电机同步驱动的效果， 控制同步偏差在接受范围内。 根据海底沉积物多参量原位环境监测设备的要求，搭建起电控系统、编写上 位机并进行实物测控。分析两电机在多种阶跃速度信号的切换的响应，验证了在 模糊滑模交叉耦合控制下，卷绕式贯入装置能保持各电机高响应速度，低超调量、 低稳态误差和鲁棒性，实现两电机的同步驱动。 本文通过设计模糊滑模交叉耦合控制模型，改善了单个电机的动态性能以及 实现双电机的同步驱动，可以给深海工程中需要同步控制的设备提供参考方案， 如深海采矿车直线行走等。
语种	中文
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.idsse.ac.cn/handle/183446/10514]
专题	深海工程技术部_深海资源开发研究室
作者单位	1.中国科学院大学 2.中国科学院深海科学与工程研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	钟楷铭. 基于模糊滑模PID的双电机交叉耦合同步驱动控制研究[D]. 中国科学院深海科学与工程研究所. 中国科学院大学. 2023.

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