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利用ADRC的特點(diǎn)，系統(tǒng)中的交叉耦合項(xiàng)以及參數(shù)不準(zhǔn)確導(dǎo)的模型誤差均可歸于模型擾動(dòng)，可采用ESO進(jìn)行觀測(cè)和補(bǔ)償為了使電機(jī)運(yùn)行過程中不過流，必須對(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行限幅控制，因此采用所示的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向雙閉環(huán)控制方案，即采用4個(gè)控制器分別調(diào)節(jié)。
另外，在電機(jī)運(yùn)行過程中，受溫升影響，轉(zhuǎn)子電阻是變化大的電機(jī)參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)性能影響也大針對(duì)這些模型擾動(dòng)，以磁通調(diào)節(jié)為例，可建立其ESO模型，如下式所示其中fr為ESO觀測(cè)得到的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值；iSd為磁鏈調(diào)節(jié)的輸入控制量，也是d軸電流調(diào)節(jié)的給定值；Rr為程序設(shè)定的轉(zhuǎn)子電阻值；Z0為參數(shù)攝動(dòng)導(dǎo)系統(tǒng)擾動(dòng)的觀測(cè)值。
沒有磁鏈微分輸出；TD相應(yīng)只起到濾波的作用，避免給定值突變引起超調(diào)，因此用普通的濾波環(huán)節(jié)代替；NL-PD也只需比例P參與調(diào)節(jié)相比于帶有非線性微分調(diào)節(jié)的典型ADRC模型，簡化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算量減小約1/2，響應(yīng)速度快，可達(dá)到很好的實(shí)際控制性能同樣的，可以建立其他環(huán)節(jié)的ADRC模型，如下式所示上述模型考慮了盡可能多的已知項(xiàng)，其他難于處理的耦合項(xiàng)及參數(shù)擾動(dòng)項(xiàng)歸于系統(tǒng)擾動(dòng)，并加以觀測(cè)這樣，采用四個(gè)一階ADRC實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制的轉(zhuǎn)速與磁通雙環(huán)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，同時(shí)考慮了定子電壓方程耦合項(xiàng)，以及模型參數(shù)變化的影響，魯棒性較強(qiáng)2數(shù)字仿真與物理仿真結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器控制方式，ADRC調(diào)節(jié)速度比較快，動(dòng)態(tài)速降較低，而且無超調(diào)，表明后者具有更強(qiáng)的阻尼力和更大的穩(wěn)定裕量22物理電機(jī)運(yùn)行于45Hz，如果突加負(fù)載，轉(zhuǎn)矩電流及電壓會(huì)達(dá)到限幅值，對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)有一定的影響。因此，為顯示系統(tǒng)對(duì)過程為宜，如所示。另外，為驗(yàn)證系統(tǒng)的參數(shù)魯棒性，實(shí)驗(yàn)考察了轉(zhuǎn)子電阻的變化對(duì)控制性能的影響。考慮電機(jī)溫度的變化范圍，轉(zhuǎn)子電阻的變化一般不超過原值的40%而定量變動(dòng)轉(zhuǎn)子電阻的實(shí)際值難以實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)采用參數(shù)相對(duì)攝動(dòng)原理，通過改變控制器中轉(zhuǎn)子電阻設(shè)定值來近似實(shí)際值攝動(dòng)。bc分別為轉(zhuǎn)子電阻設(shè)定值為實(shí)際值的60%和140%情況下的實(shí)驗(yàn)波形自抗擾控制系統(tǒng)負(fù)載突卸實(shí)驗(yàn)波形實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)空載啟動(dòng)快速無超調(diào)負(fù)載突卸（7（%額定負(fù)載）的情況下，動(dòng)態(tài)速升約為額定轉(zhuǎn)速的0%，而相同負(fù)載情況下，基于PI調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)速升的典型值為2%~3%自抗擾控制系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能同時(shí)，轉(zhuǎn)子電阻的變化對(duì)系統(tǒng)的抗擾性能及阻尼力基本無影響，魯棒性較強(qiáng)3結(jié)論本文將自抗擾控制理論應(yīng)用于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制，設(shè)計(jì)了簡化的自抗擾控制器，實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)與常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器相比，自抗擾控制器可有效地觀測(cè)出系統(tǒng)的模型擾動(dòng)并加以前饋補(bǔ)償，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；同時(shí)配合非線性的調(diào)節(jié)方式，有效解決了一般線性調(diào)節(jié)器存在的快速性與超調(diào)之間的矛盾。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)控制性能，而且參數(shù)魯棒性較強(qiáng)?！弘娭C波電機(jī)是一種通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)并結(jié)合諧波傳動(dòng)技術(shù)的一種新型步進(jìn)電機(jī)，它將壓電驅(qū)動(dòng)和諧波傳動(dòng)有機(jī)的結(jié)合起來，可實(shí)現(xiàn)低速、高精度驅(qū)動(dòng)，在精密機(jī)械中具有很好的應(yīng)用前景。在國外，1990年Ishida等人首先利用諧波原理開發(fā)出壓電馬達(dá)，隨后在英國伯明翰大學(xué)TimKing、WeiXu和在德國的OliverBarth也進(jìn)行了對(duì)諧波壓電馬達(dá)的研究和設(shè)計(jì)，他們僅制作出了較為粗糙的原理樣機(jī)，性能較差，還不能應(yīng)用到實(shí)際中，目前一直停留在實(shí)驗(yàn)階段。為了使其能夠具有優(yōu)良的性能并在實(shí)踐中得以應(yīng)用，還需在設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)方案、機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)方面進(jìn)行深入研究。
2壓電諧波電機(jī)的工作原理諧波齒輪傳動(dòng)裝置通常被作為減速器來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的功能。高速電機(jī)通過輸入軸帶動(dòng)波發(fā)生器做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使柔輪產(chǎn)生周期性的彈性變形，通過柔輪和剛輪間的嚙合或摩擦實(shí)現(xiàn)速度轉(zhuǎn)換，固定柔輪或剛輪中的一個(gè)構(gòu)件，另一構(gòu)件則會(huì)以低速旋轉(zhuǎn)。根據(jù)諧波傳動(dòng)原理，無論波發(fā)生器部件旋轉(zhuǎn)與否，只要能使柔輪按一定規(guī)律產(chǎn)生周期性的連續(xù)的或脈動(dòng)式的彈性變形，便可獲得低速的輸出。由此出現(xiàn)了多種不通過波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)輸入，而利用固定的不同驅(qū)動(dòng)元件的周期位移輸出驅(qū)動(dòng)柔輪變形的波發(fā)生器，如液壓式波發(fā)生器、氣壓式波發(fā)生器和電磁波發(fā)生器等。這樣就使諧波傳動(dòng)起到了把不同的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用，具有原動(dòng)機(jī)的性質(zhì)，因而被稱為諧波馬達(dá)“0壓電陶瓷具有可電伸縮的壓電逆效應(yīng)，因此，可設(shè)計(jì)由壓電陶瓷作為受控驅(qū)動(dòng)部件組成一種新型的諧波傳動(dòng)波發(fā)生器，通過控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的伸縮變形，驅(qū)動(dòng)柔輪按一定規(guī)律進(jìn)行變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柔輪或剛輪低速的旋轉(zhuǎn)，由此設(shè)計(jì)的裝置便稱為壓電諧波電機(jī)。
3壓電諧波電機(jī)的設(shè)計(jì)31壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器壓電驅(qū)動(dòng)形式有直線變形和彎曲變形兩種。
直線型又分為單板型和層疊型。在厚為1cm的PZT壓電陶瓷兩端施加5kV的電壓，只能得到約10Lm的位移，因此單板型變形太小，缺乏實(shí)用性。如果把10個(gè)1mm的壓電陶瓷片重疊起來（膠接或者燒結(jié)），每片加500V的電壓，也會(huì)得到同樣大的變形量，而且具有在獲得相同比例的變形下不易破壞的優(yōu)點(diǎn)，這就是層疊型壓電驅(qū)動(dòng)器?，F(xiàn)在已能制造出0 05mm的壓電晶體薄片。層疊型壓電驅(qū)動(dòng)器不僅變形量大，且承載力大，響應(yīng)快，位移可重復(fù)性好，體積效率高，電場(chǎng)控制相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn)以電子工業(yè)部二十六所制作的WTYD080810型壓電驅(qū)動(dòng)器為067N，大位移10Lm，回零位移再現(xiàn)性010Lm變形量，但其驅(qū)動(dòng)位移還是不能滿足驅(qū)動(dòng)柔輪變形的要求，所以必須設(shè)計(jì)其相應(yīng)的位移放大機(jī)構(gòu)。位移放大機(jī)構(gòu)一般可利用杠桿機(jī)構(gòu)、三角幾何放大及壓曲放大等放大原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，為避免間隙和摩擦，保證機(jī)構(gòu)的精密性，常采用柔性較鏈代替普通較鏈進(jìn)行連接。采用放大機(jī)構(gòu)，會(huì)隨著位移的放大，驅(qū)動(dòng)力也隨之降低。同時(shí)因?yàn)槿嵝暂^鏈的彈性變形產(chǎn)生反力并存在位移損失，而影響放大效果。所以放大機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是影響驅(qū)動(dòng)性能的關(guān)鍵，應(yīng)對(duì)其各部分尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以得到佳的放大效果旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)處理芯片由旋轉(zhuǎn)變壓器的原理可知，要使旋轉(zhuǎn)變壓器正常工作，在其轉(zhuǎn)子端必須施加一個(gè)正弦激勵(lì)。采用AD2S99可編程正弦振蕩發(fā)生器提供正弦激勵(lì)，該振蕩器可以產(chǎn)生從2kHz~20kHz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，其產(chǎn)生正弦波的頻率由管腳SEL1、SEL2和FBIAS來控制。邏輯圖如所示。，選用12位的解算器AD2S90可以解算這兩路信號(hào)，得到對(duì)應(yīng)的角度值。AD2S99的邏輯圖如所示，其中sin、sinLO、cos、cosLO是旋轉(zhuǎn)變壓器的定子輸出。
實(shí)際上在AD2S90內(nèi)部是一個(gè)鎖相環(huán)，從定子上來的兩路正交的正弦信號(hào)首先在高精度正余弦信號(hào)解算單元，將增減計(jì)數(shù)器內(nèi)的一個(gè)初值Y作如下運(yùn)算經(jīng)過相位頻率映射單元和高速動(dòng)態(tài)壓控振蕩單元，迅速調(diào)整增減計(jì)數(shù)器內(nèi)Y的值，使得sin（0―Y）值趨于零，于是計(jì)數(shù)器中的值就可以代表轉(zhuǎn)子的角位置。
3DSP的同步串行口與AD2S90的通訊旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)經(jīng)過AD2S90的解算得到一個(gè)12位的值，代表轉(zhuǎn)子所處的位置，并終以串行方式傳輸給DSPTI的TMS320LF2407具有通用的同步串行口（SPI），可以方便地實(shí)現(xiàn)與AD2S90通訊給出了AD2S90與DSP連接的示意圖。
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