直线电机输出受限问题的自适应鲁棒控制研究

发布时间：2020-05-12 09:40

【摘要】：直线电机因其独特的机械结构而具有高速、高精度等优势,近年来已经被广泛地应用于军事、工业、民用等相关领域中。但由于直线电机存在内部不确定以及外部扰动等不良影响,导致其控制性能变差。如何设计有效的控制器处理此类不良影响,从而提高电机的控制性能成为当前热门的研究课题。本论文以龙门直线电机机床的Y轴为研究对象,进行直线电机输出受限问题的自适应鲁棒控制研究。根据龙门直线电机机床系统实际情况,首先选择并建立合适的数学模型,通过参数辨识获取模型的先验知识;然后基于自适应鲁棒控制算法设计带有输出受限的状态反馈控制律;考虑到系统部分状态不可获取,仅利用系统输出设计带有输出受限的自适应鲁棒控制律;最后搭建直线电机控制系统实验平台,验证所提两种控制算法的有效性。本文研究结果如下:(1)选取势垒型控制Lyapunov函数,采用自适应鲁棒控制算法,针对直线电机系统,设计了带有输出受限的状态反馈控制律。与传统的基于二次型控制Lyapunov函数相比,该控制律可以保证系统跟踪误差在整个控制过程中始终处在给定的范围内,同时控制律中的鲁棒项以及自适应项可以保证控制系统具有良好的瞬态性能和稳态精度。仿真与实验结果均表明该控制律可完成输出受限需求,同时具有满意的控制性能。(2)考虑到在输出受限的问题中,常遇到某些特定场合中系统部分状态不可获取,设计了基于输出反馈的自适应鲁棒控制算法。区别于大多数系统模型,本文模型中未知系统状态与参数化不确定存在非线性耦合,所以设计控制律时首先构建合适的观测器,接着建立观测器、自适应律和控制律一体化Lyapunov函数,基于自适应鲁棒控制算法确定控制律、自适应律,最后将控制器中无法抵消、抑制的部分,利用观测器参数来抑制,而该参数可根据线性矩阵不等式方法确定,最终可保证整个电机控制系统状态最终一致有界。仿真与实验结果表明该控制律利用系统输出可实现输出受限需求,且具有良好的瞬态性能、稳态精度。图36幅,表9个,参考文献61篇。
【图文】：

旋转电机,直线电机,机械结构

工作原理的理解。逡逑２．１．１直线电机的基本机械结构逡逑如图２－２所示为直线电机和旋转电机的机械结构简图。可以发现两者有着一定逡逑的联系，即直线电机的基本机械结构可以看作是旋转电机沿径向剖开，将电机的圆逡逑周边伸展成直线，定子演变的一侧为初级，转子演变的一侧为次级（如图２－１）。逡逑Ａ逡逑？定子绕组（初级）逡逑＾丨．．．一一丨逡逑NB邋0邋ｐｉｎｉｎｉＴ￥￥ｉｉｎｉｎｉｒＭ￥ｉｊｎｉｒ逡逑笼型转子（次级）逡逑图２－１旋转电机至直线电机演化图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｒｏｔａｔｉｎｇ邋ｍｏｔｏｒ邋ｔｏ邋ｌｉｎｅａｒ邋ｍｏｔｏｒ逡逑９逡逑

直线电机,基本工作原理,行波磁场

图２－３直线电机基本工作原理图逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｌｉｎｅａｒ邋ｍｏｔｏｒ逡逑如图２－３所示图中１为次级，２为行波磁场，３为初级。直线电机的初级齿槽逡逑内的三相绕组通入三相正弦交变电流后，会产生气隙磁场。与旋转电机不同，直线逡逑电机的铁芯并不是闭合的圆环，而是长直且两端断开的，导致绕组不连续，各相互逡逑感不同，这种现象被称为边端效应。假设两级无限长，不存在边缘效应，气隙磁场逡逑将在直线方向呈正弦形分布。当三相电流随时间变化时，，气隙磁场将会沿电流相序逡逑变化直线移动，被称为行波磁场。将次级看作无限并列的导条，行波磁场切割次级逡逑导条，产生感应电动势、感应电流。导条内感应电流与行波磁场相互作用产生电磁逡逑力。没有固定的初级或次级在电磁力的作用下，将沿行波磁场的运动方向作直线运逡逑动。从而利用电磁原理将电能转变为直线运动的机械能
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TM359.4

【参考文献】