直线电磁作动器的驱动控制研究

发布时间：2017-06-26 05:20

  本文关键词：直线电磁作动器的驱动控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,针对直线电磁作动器的应用,主要集中在两个方向:为精密位置伺服系统提供高频、高精度的直线位移、直线力输出;在大功率作动系统中作为稳定、持续的大推力动力源。音圈电机作为新一代直线电磁作动器,以与输入电流成正比的洛伦兹力为基础,通过动子实现运动和动力输出。在光学系统、高精加工、半导体设备、医疗器械、柔性机器人、车载致稳平台等高频、高精领域应用广泛;在城市轨道交通、磁悬浮列车、车辆主动悬架系统等大功率作动系统中也取得了独特的应用优势。本文以音圈电机为被控对象,进行基于音圈电机的驱动控制研究。首先,对音圈电机结构、类别及应用范围做简要介绍,以此为基础,建立了电机的数学模型。考虑到电机的实际工作状态,对电机动态过渡过程中的动态特性和最佳驱动控制参数进行分析。其次,进行音圈电机闭环驱动控制系统设计及仿真。控制系统采用三环设计,分别通过电流环PID调节器、速度环PID调节器、位置环PID调节器参数设计进行系统校正,结合仿真模型,仿真分析了在阶跃激励、正弦激励下电机驱动控制系统性能。此外,从仿真结果出发,分析电机输出能力与电机参数之间关系,为电机的应用选型提供参考。再次,进行了基于车载超稳平台的驱动控制性能验证。以车载超稳平台的主动隔振控制为目标,采用电机驱动控制模型代替控制力,仿真分析了在单频地基干扰、随机地基干扰以及直接干扰条件下,平台分别采用直接输出控制力和采用电机驱动控制模型输出控制力时主动隔振控制效果,对电机驱动控制系统性能进行验证。最后,以dSPACE实时仿真系统为电机驱动器控制模块;由电源模块、三角波发生模块、双路带死区PWM波发生模块、H桥PWM功率变换模块、电流检测及隔离放大模块组成电机驱动器驱动模块;动子状态通过PDV-100型激光测速仪进行检测。搭建起能够实现音圈电机驱动控制的驱动硬件系统。
【关键词】：音圈电机 驱动控制 力模式 输出能力 驱动器设计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TM359.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 课题背景及研究意义8
• 1.2 国内外研究现状8-18
• 1.2.1 直线电磁作动器发展现状8-12
• 1.2.2 直线电磁作动器驱动器发展现状12-16
• 1.2.3 基于音圈电机的伺服系统研究现状16-18
• 1.3 研究目的的研究内容18-20
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究内容19-20
• 2 音圈电机及其数学模型的建立20-34
• 2.1 音圈电机简介20-23
• 2.2 音圈电机数学模型23-26
• 2.2.1 音圈电机电压平衡方程23-24
• 2.2.2 音圈电机动力学平衡方程24-25
• 2.2.3 音圈电机数学模型25-26
• 2.3 音圈电机动态特性26-29
• 2.4 电机最佳控制参数29-32
• 2.5 本章小结32-34
• 3 音圈电机驱动控制系统设计及仿真分析34-64
• 3.1 音圈电机驱动控制系统组成34-35
• 3.2 音圈电机驱动控制策略35-37
• 3.3 音圈电机电流环设计及仿真分析37-43
• 3.3.1 电流环PID调节器参数设计37-41
• 3.3.2 电流环校正及仿真分析41-43
• 3.4 音圈电机速度环设计及仿真分析43-49
• 3.4.1 速度环PID调节器参数设计43-47
• 3.4.2 速度环校正及仿真分析47-49
• 3.5 音圈电机位置环设计及仿真分析49-59
• 3.5.1 位置环PID调节器参数设计49-52
• 3.5.2 位置环校正及仿真分析52-59
• 3.6 音圈电机闭环驱动控制系统性能分析59-63
• 3.6.1 系统参数59-60
• 3.6.2 电机输出能力60-63
• 3.7 本章小结63-64
• 4 基于车载超稳平台的驱动控制性能验证64-74
• 4.1 车载超稳平台64-66
• 4.2 车载超稳平台主动隔振控制算法66-68
• 4.2.1 车载超稳平台空间状态方程66-67
• 4.2.2 车载超稳平台LQR控制器67-68
• 4.3 基于平台主动隔振控制的电机驱动控制性能验证68-73
• 4.3.1 单频谐波地基干扰下主动隔振控制70-71
• 4.3.2 随机地基干扰下主动隔振控制71-72
• 4.3.3 直接干扰下主动隔振控制72-73
• 4.4 本章小结73-74
• 5 音圈电机驱动硬件系统设计74-88
• 5.1 音圈电机驱动硬件系统简介74
• 5.2 音圈电机控制模块74-78
• 5.2.1 dSPACE实时仿真系统75-76
• 5.2.2 基于dSPACE实时系统的音圈电机控制模块设计76-78
• 5.3 音圈电机驱动模块78-85
• 5.3.1 电源模块78-79
• 5.3.2 三角波发生模块79-80
• 5.3.3 双路带死区PWM波发生模块80-82
• 5.3.4 H桥PWM功率变换模块82-83
• 5.3.5 电流检测及隔离放大模块83-84
• 5.3.6 音圈电机驱动模块84-85
• 5.4 电机位置/速度检测模块85-86
• 5.5 本章小结86-88
• 6 总结与展望88-90
• 6.1 总结88-89
• 6.2 课题展望89-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-95

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本文编号：484969