永磁同步直线电机伺服系统能量成型及性能控制研究

发布时间：2017-09-13 14:20

  本文关键词：永磁同步直线电机伺服系统能量成型及性能控制研究

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【摘要】：永磁同步直线电机直接产生直线运动,不需要中间传动环节,具有小体积、大推力、低损耗、小时间常数、快响应等特点,非常适合于代替传统的“旋转伺服电机+滚珠丝杠”直线进给传动模式,在现代数控加工技术中应用广泛。LPMSM伺服系统要求设计的控制器能够实现高精度、高动态性能的速度或定位控制。但LPMSM由于构造的特殊性、参数不固定和外界的各种干扰等因素的影响,导致了其控制问题的复杂性,实现高性能的控制,是一个值得研究的课题。本文针对永磁同步直线电机为控制对象,以能量成型的控制方法来实现对永磁同步直线交流伺服系统进行速度控制,开展了研究。首先,综述了直线电机的发展及应用、国内外研究现状,介绍了直线电机的控制策略,研究了永磁同步直线电机的基本结构、基本工作原理、在各种坐标系下的数学建模。其次,分析了基于能量成型的端口受控哈密顿控制方法,对永磁同步直线电机进行了端口受控哈密顿实现,在此基础上采用互联和阻尼配置的无源性控制方法设计了永磁同步直线电机伺服控制系统的速度控制器,并对其稳定性进行了分析。再次,通过Matlab软件实验仿真,结果表明基于能量成型的哈密顿控制方法是可行的,同时与永磁同步直线电机的PID控制研究进行仿真对比,体现了前一种控制方法的优越性。
【关键词】：永磁同步直线电机 能量成型 端口受控哈密顿 互联和阻尼配置 控制
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-21
• 1.1 直线电机的发展8-10
• 1.2 直线电机的研究现状10-11
• 1.3 直线电机的控制技术11-19
• 1.3.1 传统控制技术12
• 1.3.2 现代控制技术12-15
• 1.3.3 智能控制技术15-17
• 1.3.4 能量成型控制的研究现状17-19
• 1.4 本文研究的主要内容及章节安排19-21
• 2 永磁同步直线电机的建模21-37
• 2.1 永磁同步直线电机的基本结构21-23
• 2.2 永磁同步直线电机的工作原理23
• 2.3 坐标变换23-27
• 2.3.1 坐标变换的规则23-25
• 2.3.2 三相-两相静止变换25-26
• 2.3.3 两相-两相旋转变换26-27
• 2.4 永磁同步直线电机的数学模型27-31
• 2.4.1 三相静止坐标系下的数学模型28-29
• 2.4.2 两相静止坐标系下的数学模型29-30
• 2.4.3 两相同步旋转坐标系下的数学模型30-31
• 2.4.4 两相同步旋转坐标系下的状态方程31
• 2.5 永磁同步直线电机的电流控制策略31-32
• 2.6 影响直线电机进给伺服性能的扰动因素32-35
• 2.7 永磁直线同步电机的特点35-37
• 3 永磁同步直线电机的能量成型控制方法37-46
• 3.1 无源性与耗散性37-39
• 3.2 无源性与能量成型39-40
• 3.3 端口受控耗散哈密顿系统40-46
• 3.3.1 欧拉-拉格朗日方程和Hamilton方程40-41
• 3.3.2 端口受控哈密顿(PCH)系统41
• 3.3.3 端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统41-42
• 3.3.4 哈密顿系统的组合42-46
• 4 基于能量成型的永磁同步直线电机速度控制研究46-60
• 4.1 端口受控耗散哈密顿系统无源控制的实现方法46-50
• 4.2 永磁同步直线电机的IDA-PBC速度控制50-60
• 4.2.1 LPMSM的PCHD模型建模50-51
• 4.2.2 稳定平衡点和控制器设计51-53
• 4.2.3 稳定性分析53-54
• 4.2.4 系统实例仿真54-60
• 5 永磁同步直线电机速度控制系统的PID控制与无源控制比较 .. 5360-65
• 5.1 LPMSM的矢量控制方法60-63
• 5.1.1 电机矢量控制的基本原理60-61
• 5.1.2 基于SVPWM调制方法的矢量控制系统仿真模型61-63
• 5.2 LPMSM矢量控制法和能量成型控制法的比较63-65
• 6 工作总结与展望65-67
• 参考文献67-71
• 个人简历、在学期间发表的学术论文71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 曾鹏;;遗传算法在煤矿高转速永磁同步电机控制仿真中的应用[J];煤矿机械;2011年06期

2 王宏文;孙浩;荆锴;李耀婷;;永磁直线同步电机的模糊自适应分数阶PI~λD~μ控制[J];机床与液压;2012年13期

3 王春梅;李红;张利琼;;基于饱和函数的永磁同步直线电机模糊滑模速度控制系统的研究[J];煤矿机械;2012年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 盛龙;高温超导直线感应电机电磁分析[D];北京交通大学;2011年

2 杨少东;永磁直线同步电机控制技术的研究[D];浙江大学;2006年

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本文编号：844209