永磁直线同步电机伺服系统的迭代学习控制

发布时间：2017-05-18 08:25

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【摘要】：永磁直线同步电机(PMLSM)与传统“旋转电机+滚珠丝杠”的驱动方式相比,采用了直接驱动方式,中间没有任何的转换环节,可以获得更高的速度和加速度,近年来被广泛应用于工业领域。目前,对PMLSM高精度控制的研究比较少,在工业中大多采用PID对PMLSM进行控制,但PID的稳定性差,并且控制精度不高,很难适用于对精度要求较高的场合,对于执行重复任务的系统,迭代学习控制(ILC)不需要被控对象的精确数学模型,理论上可以获得完全跟踪。因此本文对PMLSM的控制问题进行研究,通过应用改进的ILC,提高PMLSM伺服系统的跟踪精度,同时增强系统的鲁棒性。首先,建立了PMLSM数学模型及状态方程,分析了PMLSM伺服系统存在的端部效应、摩擦力、齿槽力等扰动对控制系统的影响。在PMLSM矢量控制理论的基础上,建立了PMLSM矢量控制系统。针对PMLSM伺服系统存在的端部效应、齿槽力等重复性扰动和非重复性测量扰动问题,设计了自适应PD型ILC,以提高系统的跟踪性能和鲁棒性能。为了进一步改善系统的性能,在自适应PD型ILC的基础上,又设计了自适应滤波ILC。仿真结果表明,所提出的方法加快了收敛速度,自适应PD型ILC一定程度上减小了跟踪误差,自适应滤波ILC大大地减小了跟踪误差,增强了系统的鲁棒性。其次,针对PMLSM伺服系统的时间滞后难以解决的问题,又设计了基于Smith预估和性能加权函数的鲁棒ILC。从理论上证明了控制算法的收敛性及系统的鲁棒性。仿真结果表明,采用鲁棒ILC能够对时间滞后进行补偿,使系统快速收敛至稳定状态,大大地提高了系统的位置跟踪精度,增强系统的鲁棒性。最后,针对基于ILC的PMLSM伺服系统运行1次性能较差的问题,设计了基于扩展PID型ILC与FIR滤波器的PMLSM高精密控制,以提高系统执行非重复任务的性能。将ILC的信息保存,用来设计FIR滤波器,采用FIR滤波器代替ILC系统中的迭代学习控制器,并利用滑模变结构控制(SMC)对其进行补充。仿真结果表明,该设计方案减小了执行非重复任务的跟踪误差,并且具有很强的鲁棒性。
【关键词】：永磁直线同步电机 迭代学习控制 自适应滤波迭代学习控制 鲁棒迭代学习控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 永磁直线同步电机伺服系统的研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.2.3 迭代学习控制研究现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 永磁直线同步电机16-23
• 2.1 永磁直线同步电机的结构及工作原理16-17
• 2.2 永磁直线同步电机的数学模型17-21
• 2.3 永磁直线同步电机矢量控制系统21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 永磁直线同步电机自适应迭代学习控制23-39
• 3.1 永磁直线同步电机PD型迭代学习控制23-25
• 3.1.1 迭代学习控制原理23-24
• 3.1.2 PD型迭代学习控制系统24-25
• 3.2 永磁直线同步电机自适应PD型迭代学习控制25-29
• 3.2.1 自适应PD型迭代学习控制器设计25-26
• 3.2.2 收敛性分析26-29
• 3.3 永磁直线同步电机自适应滤波迭代学习控制29-33
• 3.3.1 自适应滤波迭代学习控制系统29-30
• 3.3.2 时频分析30-32
• 3.3.3 自适应滤波器设计32-33
• 3.4 系统仿真分析33-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 永磁直线同步电机鲁棒迭代学习控制39-50
• 4.1 Smith预估控制39-41
• 4.1.1 滞后时间的辨识39-40
• 4.1.2 Smith预估控制方法40-41
• 4.2 永磁直线同步电机鲁棒迭代学习控制系统设计41-46
• 4.2.1 广义被控对象分析41-42
• 4.2.2 鲁棒迭代学习控制系统及其收敛性分析42-44
• 4.2.3 滤波器设计44-45
• 4.2.4 加权函数的确定45-46
• 4.3 系统仿真分析46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 永磁直线同步电机高精密跟踪控制50-60
• 5.1 永磁直线同步电机扩展PID型迭代学习控制50-52
• 5.1.1 扩展PID型迭代学习控制系统50
• 5.1.2 扩展PID型迭代学习控制器设计50-52
• 5.2 基于FIR滤波器和SMC的永磁直线同步电机高精密控制52-55
• 5.2.1 FIR滤波器设计52-54
• 5.2.2 SMC控制器设计54-55
• 5.3 系统仿真分析55-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第6章 结论60-61
• 参考文献61-65
• 在学研究成果65-66
• 致谢66

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1 陈宇明,金能强;直线同步电机的磁场与力特性分析[J];电工电能新技术;2002年01期

2 余佩琼;陆亿红;;永磁直线同步电机的有限元分析[J];电工技术;2003年12期

3 陈

本文编号：375575