永磁直线同步电机无位置传感器控制研究

发布时间：2017-08-01 09:09

  本文关键词：永磁直线同步电机无位置传感器控制研究

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【摘要】：随着现代工业的发展,传统的直线驱动伺服系统已无法满足高速、超精密仪器仪表加工等制造行业日益发展的需要,而永磁直线同步电机(PMLSM)以其伺服性能好、定位精度高、运动行程较大以及系统结构简单等特点在装备制造、机械加工等场合得到了越来越多的应用。传统带有物理传感器的PMLSM驱动伺服系统存在诸多缺点,因此在保证伺服性能良好、系统成本低廉的前提下,研制永磁直线同步电机无位置传感器伺服控制系统,以解决引入物理传感器所带来的问题,成为了近年来广大科研人员共同努力的方向。本文解决了无位置传感器控制系统中的核心问题——对动子位置以及速度进行实时估计。本文首先对PMLSM的工作原理及其组成结构进行了系统的研究,在分析SVPWM矢量控制原理以及传统带有物理传感器伺服控制系统的基础上,提出了永磁直线同步电机无位置传感器伺服控制整体方案,其中位置/速度反馈信号通过估计器获得。其次,为了在全速范围内精确地估计出动子的位置与速度,本文利用了一种状态增广的扩展卡尔曼滤波法(AEKF),该估计算法可对系统状态以及绕组电阻进行同时估计,有效解决了因绕组电阻变化而导致估计不精准的问题;另外,为了获取电机初始磁极位置以使电机正常启动,本文通过施加一系列电压脉冲信号,并检测对应d轴电流值,以此来确定初始磁极角度,该方法的理论估计精度为:?9375.0?;而对于在PMLSM无位置传感器伺服控制系统中负载扰动较大、系统参数摄动以及估计信号不确定等问题,本文在该系统速度环中设计了一种增量式模糊PID控制器,以提升系统整体的抗扰动能力以及鲁棒性。最后,在计算机仿真的基础上,设计并制作了相应的软、硬件,并在龙门双驱直线电机运动平台上对该无位置传感器伺服系统估计方案进行了验证,实验结果表明,动子的位置与速度估计值基本上与光栅编码器的测量输出一致,其估计误差在合理的范围内,能满足较精密的直线电机伺服系统。
【关键词】：永磁直线同步电机 无位置传感器 位置与速度估计 初始磁极角度确定 模糊PID控制器
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-16
• 1 绪论16-32
• 1.1 课题研究背景和意义16-17
• 1.2 直线电机国内外研究现状发展趋势17-19
• 1.2.1 直线电机国内外研究现状17-19
• 1.2.2 直线电机应用前景19
• 1.3 直线电机伺服控制系统概述19-20
• 1.3.1 直线电机伺服控制系统组成19
• 1.3.2 直线电机伺服控制系统特点19-20
• 1.4 直线电机伺服控制系统控制策略综述20-26
• 1.4.1 传统控制方法20-22
• 1.4.2 现代控制方法22-23
• 1.4.3 智能控制方法23-24
• 1.4.4 滑模变结构控制方法24-26
• 1.5 无位置传感器控制技术研究现状26-29
• 1.5.1 基于反电势的估计方法27
• 1.5.2 基于磁链的估计方法27
• 1.5.3 基于状态观测器的估计方法27-28
• 1.5.4 高频注入法28-29
• 1.5.5 模型参考自适应方法29
• 1.5.6 基于智能控制的方法29
• 1.6 直线电机初始位置估计和启动技术29-30
• 1.7 本文主要研究内容和组织架构30-32
• 2 永磁直线同步电机伺服控制系统模型建立32-46
• 2.1 引言32
• 2.2 永磁直线同步电机结构和工作原理32-33
• 2.2.1 直线电机基本构造32-33
• 2.2.2 直线电机工作原理33
• 2.3 永磁直线同步电机数学模型33-36
• 2.3.1 直线电机d-q轴数学模型33-35
• 2.3.2 永磁直线同步电机动力学模型35-36
• 2.4 永磁同步电机矢量控制技术36-42
• 2.4.1 电压空间矢量PWM控制技术原理36-38
• 2.4.2 空间电压矢量调制技术实现38-41
• 2.4.3 PMLSM无传感器伺服控制方案41-42
• 2.5 PMLSM伺服控制系统仿真模型建立42-45
• 2.5.1 MATLAB仿真环境介绍42-43
• 2.5.2 直线电机伺服系统仿真模型建立43-45
• 2.6 本章小结45-46
• 3 PMLSM无传感器伺服控制系统位置和速度估计算法46-61
• 3.1 引言46-47
• 3.2 基于AEKF的PMLSM伺服控制系统位置与速度估计方法47-57
• 3.2.1 扩展卡尔曼滤波法47-50
• 3.2.2 PMLSM伺服控制系统状态方程的线性化与离散化50-53
• 3.2.3 状态增广的扩展卡尔曼滤波估计算法（AEKF）53-54
• 3.2.4 仿真研究54-57
• 3.3 PMLSM伺服控制系统初始位置估计57-60
• 3.4 本章小结60-61
• 4 PMLSM无传感器伺服控制系统控制策略61-76
• 4.1 引言61
• 4.2 模糊控制理论61-63
• 4.3 模糊PID控制器结构设计63-64
• 4.4 模糊PID控制器中参数的整定64-65
• 4.5 模糊PID控制器中算法的设计65-71
• 4.5.1 模糊化及隶属度函数的设计65-67
• 4.5.2 模糊规则与算法的设计67-70
• 4.5.3 解模糊与参量修正70-71
• 4.6 仿真研究71-75
• 4.7 本章小结75-76
• 5 PMLSM无传感器伺服控制系统实验76-103
• 5.1 引言76
• 5.2 PMLSM无位置传感器伺服控制系统的组成76-90
• 5.2.1 PMLSM伺服控制系统77-81
• 5.2.2 电流检测电路的设计81-83
• 5.2.3 电压检测电路的设计83-86
• 5.2.4 DSP模块86-90
• 5.2.5 基于DSP的集成传感器90
• 5.3 PMLSM无位置传感器伺服控制系统的软件设计90-96
• 5.4 PMLSM无位置传感器伺服控制系统实验与实验分析96-102
• 5.5 本章小结102-103
• 6 总结与展望103-107
• 6.1 全文总结103-105
• 6.2 下一步开展的工作105-107
• 参考文献107-113
• 附录113-115
• 作者简历115

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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：603482