动圈式磁悬浮永磁平面电机建模与运动控制研究

发布时间：2020-01-25 17:54

【摘要】：磁悬浮永磁平面电机(Magnetically Levitated Premanent Magnet Planar Motor,MLPMPM)是一种新型平面运动机构,动子悬浮于定子表面并实现大行程平面运动。由于磁浮方式无机械接触,MLPMPM具有结构简单、无摩擦磨损和运动质量轻等特点,是新型高性能光刻机的核心驱动部件以及下一代极紫外光刻机的必需部件。本文以分析和解决动圈式MLPMPM的悬浮控制及平面定位为主线,对电机的电磁力建模、耦合分析、鲁棒控制器设计以及控制系统集成等一系列问题进行了深入研究,取得了如下的成果:首先,结合Halbach磁阵列磁感应强度分布的基波模型和简化线圈模型,根据Lorentz力法则建立单线圈推力/转矩的数学模型,进而推广到整组线圈。根据期望的推力/转矩,提出一种用于实现电机推力与转矩、转矩与转矩之间解耦的电流分配策略。基于上述电流分配方案,在Maxwell 3D有限元仿真软件中对动子偏航时沿水平和轴垂直方向的电磁力进行仿真与分析,并拟合一般关系式,为动圈式MLPMPM抗干扰控制奠定理论基础。其次,结合动子偏转时电磁力变化特性以及起浮时定子磁场强度随高度急剧下降的特点,基于ADRC控制算法设计了动圈式MLPMPM三自由度控制器。在Matlab/Simulink环境中建立仿真模型,对水平和垂直方向突加负载和扰动的情况下进行仿真研究,分析了ESO模块对于综合扰动的估算效果,验证了该系统的可行性。最后,利用工控机、DAQ卡、电流转换器、位置、传感器平面电机实验样机等搭建实验平台,对电机水平和垂直方向的运动进行了实验验证,并与仿真结果进行对比和分析,证明了该控制系统的有效性。综上所述,本文提出的电流解耦策略以及所设计的三自由度控制系统能够实现动圈式MLPMPM的高精度和高速定位,通过所搭建的实验平台验证了其可靠性,对于进一步开发高精度大行程的平面定位装置具有一定的理论意义与实用价值。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM351

【参考文献】

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6 王丽梅;贾启;郑浩;;基于滑模控制的永磁同步平面电机三自由度定位控制器设计[J];组合机床与自动化加工技术;2012年09期

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8 袁琼雁;王向朝;;国际主流光刻机研发的最新进展[J];激光与光电子学进展;2007年01期

9 韩京清;非线性状态误差反馈控制律──NLSEF[J];控制与决策;1995年03期

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本文编号：2573072