基于谐振二自由度的永磁同步直线电机电流谐波抑制研究
本文选题:永磁同步直线电机 + 电流谐波抑制 ; 参考:《安徽大学》2017年硕士论文
【摘要】:在直线进给运动的实现方案中,永磁同步直线电机(PMSLM)因其具有大推力、大行程、高加速度、定位精度高等特点逐步取代了同步旋转电机结合滚轴丝杆、同步带的传统实现方案,被普遍用于高精密的加工应用场合。精度是衡量激光雕刻机、3D打印机等数控机床的一个重要性能指标。对于一个PMSLM控制系统,电流环作为内环,电流的质量好坏决定了推力的平稳性、数控机床定位的精度。电流谐波成分越多,电机控制系统的推力波动越大,系统运行的平稳性越差,数控机床定位精度越差。因此,本论文提出了一种谐振二自由度PID控制算法,对PMSLM的电流谐波进行了抑制。其具体包括以下几个方面的研究。1、围绕PMSLM位置、速度、电流三闭环矢量控制系统的研究,首先,分别推导了 PMSLM在三种坐标系下的数学模型。接着,对SVPWM技术进行了阐述与仿真。然后,采用磁定位法作为PMSLM初始位置检测方法,保证了PMSLM控制系统的正常启动。最后,基于矢量控制的基本原理、建立了基于Id*=0的PMSLM三闭环矢量控制系统。为下文谐波抑制算法的仿真研究以及实验验证打下基础。2、受到诸如逆变器死区效应等非线性因素的影响,PMSLM相电流会存在谐波成分,进而产生推力波动。因此,为了抑制该电流谐波成分,本论文首先对电流谐波成分进行了分析。然后,将广泛应用于并网系统滤波的谐振控制器引入到电机控制系统的电流环控制器中,利用其在谐振频率点的高增益特点来实现电流谐波的抑制,实现无静差的跟踪输入信号。接着,针对谐振控制器在谐波抑制的过程中所产生的超调响应,本论文采用二自由度(2DOF)控制算法解决该超调响应。最后,本论文结合谐振控制器、2DOF控制算法,提出了一种谐振二自由度(resonant-2DOF)PID控制算法,设计了一种resonant-2DOF PID控制器,仿真结果证明了本论文提出的resonant-2DOF PID控制算法的正确性与有效性。3、为了优化本论文所设计的reSonant-2DOFPID控制器参数,首先介绍了差分进化(DE)算法的原理:在此基础上,建立了基于DE算法优化resonant-2DOF PID控制器参数的仿真控制模型,得到了一组最优K_p、K_i、K_d值。最后,为了验证resonant-2DOF PID控制算法能够抑制电流谐波的目的,建立了基于resonant-2DOF的PMSLM电流谐波抑制仿真模型,并将通过DE算法所得的K_p、K_i、K_d代入resonant-2DOFPID控制器以及传统PID控制器当中,与传统PID控制算法进行对比仿真实验。4、搭建了实验硬件控制平台,基于AD5435半实物仿真控制系统进行了在不同速度、不同负载的工作条件下的对比实验验证。仿真对比结果和实验对比结果均验证了本论文所提出的resonant-2DOF PID控制算法能够实现PMSLM电流谐波抑制的目的,削弱推力波动,对提高直线伺服控制系统的定位精度具有重要的意义。
[Abstract]:In the realization of linear feed motion, PMSLM (permanent Magnet synchronous Linear Motor) has gradually replaced the traditional scheme of synchronous rotating motor combined with roller rod and synchronous belt because of its characteristics of large thrust, large stroke, high acceleration and high positioning accuracy. It is widely used in high precision processing applications. Precision is an important performance index of CNC machine tools such as laser engraving machine and 3D printer. For a PMSLM control system, the current loop is used as the inner loop. The quality of the current determines the stability of the thrust and the positioning accuracy of the NC machine tool. The more harmonic components of the current, the greater the thrust fluctuation of the motor control system, the worse the stability of the system, and the worse the positioning accuracy of CNC machine tools. Therefore, in this paper, a resonant two-degree-of-freedom pid control algorithm is proposed to suppress the current harmonics of PMSLM. It includes three closed loop vector control systems: position, velocity and current. Firstly, the mathematical models of PMSLM in three coordinate systems are derived. Then, the SVPWM technology is described and simulated. Then, the magnetic location method is used as the initial position detection method of PMSLM to ensure the normal start of PMSLM control system. Finally, based on the basic principle of vector control, a three-loop vector control system of PMSLM based on IdML-0 is established. It lays a foundation for the simulation research and experimental verification of the following harmonic suppression algorithm. The PMSLM phase current will have harmonic components which will cause thrust fluctuation due to the influence of nonlinear factors such as dead-time effect of inverter. Therefore, in order to suppress the harmonic component of the current, this paper firstly analyzes the harmonic component of the current. Then, the resonant controller, which is widely used in grid-connected system filtering, is introduced into the current loop controller of the motor control system, and the current harmonic suppression is realized by using its high gain characteristic at the resonant frequency point. The tracking input signal without static error is realized. Then, aiming at the overshoot response of the resonant controller in the process of harmonic suppression, a two-degree-of-freedom (2-DOF) control algorithm is used to solve the overshoot response. Finally, combining with the 2DOF control algorithm of the resonant controller, this paper presents a resonant two-degree-of-freedom resonant-2DOF pid control algorithm, and designs a resonance 2DOF pid controller. The simulation results prove the correctness and validity of the resonance 2DOF pid control algorithm proposed in this paper. In order to optimize the parameters of the reSonant-2DOFPID controller designed in this paper, the principle of the differential evolution algorithm is first introduced. A simulation control model based on DE algorithm is established to optimize the parameters of the pid controller. Finally, in order to verify that the resonance 2DOF pid control algorithm can suppress the current harmonics, a PMSLM current harmonic suppression simulation model based on resonance 2DOF is established. Compared with the traditional pid control algorithm, a hardware control platform is built. The hardware control system based on AD5435 hardware-in-the-loop simulation control system is compared with the traditional pid control algorithm under different speed and load conditions. The simulation results and experimental results show that the resonance 2DOF pid control algorithm proposed in this paper can achieve the purpose of harmonic suppression of PMSLM current, weaken the thrust fluctuation, and improve the positioning accuracy of linear servo control system.
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP273;TM359.4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 明涛;直线电机的应用领域[J];机械工程师;2001年05期
2 陆启建;直线电机直接驱动技术[J];机械与电子;2001年04期
3 袁绍芝,朱有贵,王成立;直线电机一般故障的处理[J];山东煤炭科技;2001年01期
4 叶云岳,杨天夫;直线电机在制造技术装备中的应用综述[J];世界制造技术与装备市场;2002年06期
5 叶云岳;国内外直线电机技术的发展与应用综述[J];电器工业;2003年01期
6 蔡长春,徐志锋,潘晶,庄建平,刘新才;直线电机的发展和应用[J];微电机(伺服技术);2003年02期
7 王伟进;直线电机的发展与应用概述[J];微电机(伺服技术);2004年01期
8 刘杰辉,范素芹;弹性支撑直线电机系统模型的建立方法[J];河北工业科技;2004年05期
9 周勇,黄明星,叶云岳;直线电机在新型智能铺粉装置中的应用[J];机电工程;2004年11期
10 ;直线电机系统的开发研究与应用[J];数控机床市场;2005年07期
相关会议论文 前10条
1 王振滨;;永磁同步直线电机硬件在环实时仿真平台[A];2010振动与噪声测试峰会论文集[C];2010年
2 叶云岳;;国内外直线电机技术的发展与应用综述[A];直线电机与自动化——2002年全国直线电机学术年会论文集[C];2002年
3 叶云岳;;直线电机在机床业中的应用[A];第七届中国小电机技术研讨会论文集[C];2002年
4 叶云岳;;直线电机技术的研究发展与应用综述[A];电气技术发展综述[C];2004年
5 周勇;黄明星;叶云岳;;直线电机在新型铺粉装置中的应用[A];2004年全国直线电机学术年会论文集[C];2004年
6 赵学群;杨荣波;王忠川;;直线电机的应用[A];2005年机械电子学学术会议论文集[C];2005年
7 曹荣敏;周惠兴;陈现敏;文华强;;基于永磁直线电机的倒立摆创新实验平台设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
8 王先逵;石忠东;陈定积;吴丹;;提高直线电机伺服单元控制精度的综合措施[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年
9 曹志彤;何国光;陈宏平;;超磁致微直线电机[A];直线电机与自动化——2002年全国直线电机学术年会论文集[C];2002年
10 邓启文;尹力明;吴峻;;直线电机静态特性研究[A];第11届全国电气自动化电控系统学术年会论文集[C];2002年
相关重要报纸文章 前10条
1 清科集团 赵晓泊;直线电机将升级传统制造业[N];中国证券报;2010年
2 记者 张荣文;第一个直线电机牵引车辆段安家广州[N];中国铁道建筑报;2005年
3 王迅;中科院与日企共建直线电机联合实验室[N];中国有色金属报;2006年
4 袁芳邋记者 赵凤华;中日专家北京交大研讨直线电机轨道交通新技术[N];科技日报;2007年
5 常科;国内首列自动无人驾驶直线电机城轨车辆下线[N];人民铁道;2007年
6 记者 王小润 凌翔 通讯员 窦新;我国首列自主知识产权直线电机地铁列车青岛下线[N];光明日报;2011年
7 窦新;首列自主知识产权直线电机地铁列车在青岛下线[N];科技日报;2011年
8 刘征;我国首列自主知识产权 直线电机地铁列车下线[N];证券时报;2011年
9 苏万明;直线电机地铁列车青岛下线[N];中国技术市场报;2011年
10 本报记者 林刚;“青岛造”地铁车在广州投运[N];青岛日报;2005年
相关博士学位论文 前10条
1 熊嘉阳;直线电机地铁车辆—板式轨道耦合系统动力响应研究[D];西南交通大学;2014年
2 王寅;多模式压电直线电机的研究[D];南京航空航天大学;2013年
3 陈西府;摩擦驱动型非共振压电叠层直线电机的研究[D];南京航空航天大学;2014年
4 唐传胜;永磁同步直线电机控制方法研究[D];电子科技大学;2014年
5 侯明;高精度高速度高频率直线电机运动控制方法研究[D];中国农业大学;2016年
6 蔡炯炯;新型开关磁链永磁直线电机研究[D];浙江大学;2014年
7 于斌;圆筒型错齿结构横向磁通永磁直线电机的研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
8 刘强;进给系统用双边磁通切换永磁直线电机研究[D];东南大学;2015年
9 刘春元;圆筒型永磁直线发电机在直驱式波浪发电系统的应用研究[D];东南大学;2015年
10 张颖;永磁同步直线电机磁阻力分析及控制策略研究[D];华中科技大学;2008年
相关硕士学位论文 前10条
1 张利那;数控机床用直线电机的优化设计研究[D];河北工程大学;2011年
2 王守雨;直线电机推力分析与隔磁防护技术研究[D];电子科技大学;2012年
3 吴红伟;新型永磁同步直线电机的性能分析及实验研究[D];华中科技大学;2013年
4 苏焕宇;永磁同步直线电机优化设计和测试[D];湖南大学;2013年
5 党明辉;基于DSP的永磁同步直线电机控制系统的研究[D];浙江理工大学;2015年
6 陈涛;基于城轨列车的双馈直线电机的控制研究[D];西南交通大学;2015年
7 曾志凌;城轨列车双馈直线驱动电机电磁计算与设计[D];西南交通大学;2015年
8 吴红杰;直流直线牵引传动系统研究[D];西南交通大学;2015年
9 赵彬;快速运动及制动实验平台关键技术研究[D];西南交通大学;2015年
10 罗发政;永磁同步空芯直线电机推力计算及其特性分析[D];西南交通大学;2015年
,本文编号:2033050
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2033050.html