电励磁直线电机磁悬浮系统距离型模糊控制策略研究

发布时间：2020-07-09 08:53

【摘要】：电励磁直线电机磁悬浮进给平台具有直接驱动,直接悬浮的特点,对现代精密加工领域发展具有重要的研究意义。本课题在国家自然科学基金项目:“可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台运行机理与控制策略研究(项目批准号:51575363)”的背景下,主要研究电励磁直线同步电动机的运动机理,以及解决不确定性外部扰动作用下,磁悬浮子系统的控制与设计问题。论文主要内容如下:(1)研究电励磁直线同步电机的结构、工作机理和数学模型。在d-q同步旋转坐标系下建立电励磁直线同步电动机的数学模型,在水平系统下,推导电磁推力的解析表达式,进给方向的运动方程与状态方程;对于磁悬浮系统,推导法向电磁力的解析表达式,悬浮方向的运动方程与状态方程;分析影响两种电磁力的主要因素;对于进给子系统与悬浮子系统之间的电磁耦合问题进行分析。(2)电励磁直线同步电机磁悬浮系统的距离型模糊控制器的设计。针对非线性磁悬浮系统易受参数摄动和外界不确定性扰动的影响,采用距离型模糊推理算法进行控制。针对磁悬浮系统的特性,设计距离型模糊推理的模糊准备单元;分析研究距离型模糊算法的特点,距离的概念以及推理步骤;最后搭建电励磁直线电机磁悬浮子系统的仿真模型,以PI控制为对比,仿真研究距离型模糊控制策略的动、静态特性。(3)电励磁直线同步电机磁悬浮系统的硬件电路设计和软件设计。硬件电路设计包括以数字信号处理器DSP F28335为核心的控制电路设计,和以智能功率模块(IPM)为核心的功率驱动电路设计,以及对位置信号,电流信号的采样电路,系统保护电路,和其他外围电路的设计;软件设计主要是针对主程序和中断服务子程序的设计。实现系统初始化,参数的定义和外设的启动;中断服务程序是磁悬浮系统稳定运行的关键,它包括电流,位置信号的采样、控制算法的运算以及PWM的生成等功能。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TM359.4
【图文】：

同步电动机,结构示意图,电励磁

第 2 章电励磁直线同步电动机运行机理2.1 电励磁直线电动机的结构设计电励磁直线磁悬浮同步电动机的磁极一般有两种构造形式，分别为隐极式和凸式。隐极式一般由高强度合金钢整块锻成，槽形一般为开口形，以便安装励磁绕组相比于凸极式电动机，隐极式电动机具有更加均匀的气隙，所以，仅在磁极结构形不同时，隐极式电动机的气隙磁密更加均匀，反电动势也相对稳定，进而得到的水及法向电磁力的波动也相对小一些。因此，为获得稳定的电磁推力和悬浮力把电机计为隐极式。图 2.1 为隐极式电励磁直线同步电动机结构示意图，采用单边长定子结构。中，次级定子上装有励磁绕组来产生励磁磁场，进而产生可控悬浮力，初级动子上有电枢绕组，在三相交流电的作用下与励磁磁场相互作用产生水平的推力，使得运平台在稳定悬浮的同时进行进给运动[33]。

磁化曲线,剖分图,磁悬浮,平台结构

8图 2.3 磁悬浮平台结构的剖分图he sectional drawing of magnetic levitation platform 动机的数学模型电机，电励磁磁悬浮直线电机是一个具有随负载质量变化而变化的系统。同时，由不对称等，使得该电机的数学模型更为复杂条件[34]：应，忽略铁心损耗（即由定子与动子铁心所路的磁阻，电机铁心的磁化曲线为线性；

控制曲面,控制器,模糊集合

图 3.9 距离型模糊控制器的控制曲面Fig. 3.9 Control surface of DFC controller集前件与事实的距离算法[47]计算模糊集合间的距离： ikjkpijkdxx1 iipxx， ,2,和 jjjjpxxxx， 1,2, 分别为两个控制对象，p表示中，通常采用三角形模糊集合作为表示控制规则中的制系统中，输入的并非是模糊集合，通常是来自传感等具体的数值。悬浮系统中，由于磁悬浮的高度是经传感器测得的，值是一个确切值而非模糊集合，因此，要将其作为单。

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