永磁直线同步电机无位置传感器控制技术研究

发布时间：2017-10-27 15:31

  本文关键词：永磁直线同步电机无位置传感器控制技术研究

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【摘要】：进入21世纪高新技术快速崛起,机床各项性能指标不得不迎来更严格的标准和面临更严峻的形势。我国电机经历了电机结构与技术的不断改良及自主创新发展,由于工业需求的日益扩大,使得直线电机得到越来越多的企业和专家的关注。随着高速精密数控机床加工技术的络绎不绝,加工质量和效率有了更高的标准,传统的传动方式已渐渐不能满足。永磁直线同步电机(PMLSM)在现代化控制系统中有着得天独厚的优势。比如：速度、定位精度、效率。同时它还能低速平滑运行和不受推力脉动影响。传统的安装机械传感器的做法会使系统驱动装置成本提高,维修繁琐和工作量也较大。它也会增加转动惯量,产生一定程度的静态和动态摩擦,在一些受温度、湿度、振动条件制约的场合,传感器性能及精确度下降,甚至在有些场合无法安装。尽管上述如此,转子磁极位置的必不可少性使得PMLSM无传感控制技术成了电机控制领域中的一个研究热点。因此,如何快速准确的获得速度和位置成为本文研究的出发点。首先,本文先对PMLSM的基本结构和基本原理进行描述。然后在分析其坐标矢量变换的基础上建立了电机在d-q坐标系下的数学模型。其次,本文详细的阐述了矢量控制原理和SVPWM调制技术,以及完成了在仿真环境下矢量控制系统模型的搭建。最后,本文通过对传统的滑模算法分析比较的基础上,提出了一种结合滑模观测器与模糊控制器各自优点的新型滑模观测器速度位置估计新方法。用此算法来实现传感器的功能,在MATLAB7.1里系统的建立和完善了PMLSM无位置传感器系统整个仿真模型,并对此模型进行了仿真研究,将两者效果进行对比,验证了其方法的有效性。仿真结果表明,模糊滑模观测器能够在柔滑抖振和稳态误差之间找到平衡,保持系统的鲁棒性和控制精度,加快系统的响应速度。最后在前述理论和仿真分析的基础上,本文以DSP芯片TMS320F2812为控制核心进行了系统的软件和硬件电路设计。
【关键词】：永磁直线同步电机 矢量控制 滑模观测器 模糊控制器 DSP
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题研究的背景与意义11-12
• 1.2 无位置传感器技术的研究现状及发展趋势12-13
• 1.2.1 无位置传感器技术的研究现状12-13
• 1.2.2 无位置传感器技术的发展趋势13
• 1.3 论文主要研究内容13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第2章 永磁同步直线电机数学模型及其控制原理15-24
• 2.1 PMLSM的基本结构和工作原理15-16
• 2.1.1 PMLSM的分类和基本结构15
• 2.1.2 PMLSM的基本工作原理15-16
• 2.2 PMLSM的数学模型16-18
• 2.2.1 PMLSM的坐标变换16
• 2.2.2 矢量之间的坐标变换16-18
• 2.2.3 PMLSM在d-q轴的数学模型18
• 2.3 PMLSM的矢量控制技术基本原理18-22
• 2.3.1 系统中的矢量控制基本原理18-19
• 2.3.2 SVPWM技术简介及原理19-21
• 2.3.3 传统的PMLSM矢量控制系统21-22
• 2.4 PMLSM无位置传感器全系统控制方案22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 基于模糊调节边界层的滑模观测器24-42
• 3.1 滑模变结构控制的定义及原理24-25
• 3.2 滑模变结构控制器的“滑模面”和控制率的选取25-27
• 3.2.1 滑模面的设计25-26
• 3.2.2 控制率的选取26-27
• 3.3 “抖振”的原因及削弱方法27
• 3.4 传统的滑模观测器27-30
• 3.4.1 基于sign函数的滑模观测器的控制策略27-28
• 3.4.2 基于sat函数的滑模观测器的控制策略28-30
• 3.5 基于边界层的新型模糊滑模观测器30-34
• 3.5.1 基于带有边界层函数的观测器数学模型设计30-33
• 3.5.2 实时调节边界层宽度的模糊调节器33-34
• 3.5.3 锁相环的位置和速度估计34
• 3.6 无位置传感器控制系统SIMULINK仿真研究34-41
• 3.6.1 SVPWM的Simulink仿真研究34-35
• 3.6.2 模糊滑模观测器的Simulink仿真模型35-36
• 3.6.3 整个系统的Simulink仿真36
• 3.6.4 仿真结果及分析36-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 基于DSP的PMLSM无位置传感器控制系统设计42-59
• 4.1 PMLSM无位置传感器整个控制系统的软硬件设计42
• 4.2 PMLSM无位置传感器控制系统硬件部分研究与设计42-52
• 4.2.1 TMS320F2812概述43-44
• 4.2.2 TMS320F2812外围时钟模块44
• 4.2.3 IPM原理及介绍44-45
• 4.2.4 采样电路设计45-49
• 4.2.5 IPM驱动电路的设计49-51
• 4.2.6 系统仿真硬件实物图51-52
• 4.3 PMLSM无位置传感器整个控制系统的软件设计52-58
• 4.3.1 PMLSM无位置控制器检测系统的软件设计52-54
• 4.3.2 SVPWM的实现54-55
• 4.3.3 矢量控制的实现55-56
• 4.3.4 速度位置估计算法设计56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 结论59-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间取得科研成果情况63-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王海涛;皮佑国;;基于滑模观测器的无位置传感器PMSM控制研究[J];电气传动;2012年06期

2 贺建军;段勇;喻寿益;;基于滑模观测器的SPMSM位置速度估计[J];控制工程;2012年03期

3 王丽梅;郭庆鼎;;永磁同步电动机的无传感器控制技术[J];伺服控制;2005年05期

4 陈长龙;樊贝;胡X;;永磁同步电动机新型滑模观测器无传感器控制[J];微特电机;2013年03期

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本文编号：1104138