基于端口受控哈密顿模型的永磁同步直线电机无源控制

发布时间：2017-09-26 17:36

  本文关键词：基于端口受控哈密顿模型的永磁同步直线电机无源控制

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【摘要】：永磁同步直线电机不需要中间传动装置,能够直接将电能转换成机械运动的机械能,并具有高速、高效、高精等优点,在数控机床等领域得到广泛应用。由于它结构的不封闭,引起端部效应等,相比于旋转电机,控制难度加大,因此要寻求更加优异的控制方法对其进行控制研究。近年来,一种基于互联与阻尼配置的无源控制方法受到高度重视,并得到很快的发展,其主要特征是被控对象具有端口受控耗散哈密顿结构,该方法以系统总能量作为哈密顿函数设计控制器,并具有明确的物理意义、参数容易调节、闭环系统稳定于平衡点等优点,对工业控制有很大帮助。本文对直线电机的发展、国内外研究现状、控制策略进行了回顾,并简单介绍了直线电机的分类,在合理假设的条件下,运用坐标变换的方式建立了永磁同步直线电机的电磁和机械运动数学模型。根据端口受控耗散哈密顿系统理论,把永磁同步直线电机看成一个二端口(电气端口和机械端口)装置,引入互联与阻尼配置,设计了系统的无源控制器,针对负载阻力未知的情况,构造了负载阻力观测器。为了达到更好的速度控制效果,采用分层控制策略,内环仍采用互联与阻尼配置的无源控制,外环将H￥鲁棒控制方法应用到永磁同步直线电机控制系统中。依据Lyapunov稳定性定理,分析了所设计控制器的稳定性问题,并在MATLAB/Simulink平台上,搭建模块并对带观测器的无源控制和H∞鲁棒控制的无源控制方法进行仿真分析。仿真结果表明,加负载阻力观测器的无源控制器可以有效的抑制负载阻力未知带来的扰动,H∞鲁棒控制方法的引入,能够进一步提高系统的抗扰能力,增强系统的鲁棒性。
【关键词】：永磁同步直线电机 端口受控耗散哈密顿系统 互联与阻尼配置 无源控制 负载阻力观测器 H∞鲁棒控制
【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
• ABSTRACT5-12
• 1 绪论12-23
• 1.1 课题研究的背景及意义12-14
• 1.2 直线电机概述14-17
• 1.2.1 直线电机分类14
• 1.2.2 直线电机的发展14-17
• 1.3 永磁同步直线电机的国内外研究现状17-18
• 1.4 控制策略的发展18-22
• 1.4.1 传统控制策略18-19
• 1.4.2 现代控制策略19-20
• 1.4.3 智能控制策略20-21
• 1.4.4 端口受控耗散哈密顿模型的无源控制策略21-22
• 1.5 课题的主要研究内容22-23
• 2 端口受控耗散哈密顿系统的非线性无源控制理论23-32
• 2.1 哈密顿系统简介23-24
• 2.1.1 经典哈密顿系统23-24
• 2.1.2 广义哈密顿系统24
• 2.2 耗散性与无源性24-25
• 2.2.1 耗散性24
• 2.2.2 无源性24-25
• 2.3 端口受控耗散哈密顿系统25-29
• 2.3.1 端口受控耗散哈密顿系统模型25-28
• 2.3.2 端口受控耗散哈密顿系统的耗散性28-29
• 2.4 端口受控耗散哈密顿系统的IDA-PBC方法29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 永磁同步直线电机建模32-43
• 3.1 永磁同步直线电机的工作原理32-33
• 3.2 永磁同步直线电机的坐标系及坐标变换33-40
• 3.2.1 永磁同步直线电机的坐标系建立33-35
• 3.2.2 功率不变原理35-36
• 3.2.3 永磁同步直线电机坐标变换36-40
• 3.3 永磁同步直线电机数学模型的建立40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 永磁同步直线电机互联与阻尼配置的无源控制43-59
• 4.1 端口受控耗散哈密顿系统的互联与阻尼配置的控制器43-44
• 4.2 永磁同步直线电机端口受控耗散哈密顿系统模型建立44-45
• 4.3 永磁同步直线电机端口受控耗散哈密顿系统控制器设计45-50
• 4.3.1 永磁同步直线电机端口受控耗散哈密顿系统平衡点确立45-46
• 4.3.2 永磁同步直线电机负载阻力已知恒定时控制器设计46-48
• 4.3.3 永磁同步直线电机负载阻力未知时控制器设计48-50
• 4.4 永磁同步直线电机负载阻力已知和未知时的MATLAB仿真和分析50-58
• 4.4.1 永磁同步直线电机端口受控耗散哈密顿系统仿真框图50-53
• 4.4.2 永磁同步直线电机端口受控耗散哈密顿系统仿真分析53-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 永磁同步直线电机的H￥鲁棒无源控制59-70
• 5.1 鲁棒控制简介59
• 5.2 H_∞鲁棒无源控制器设计59-64
• 5.2.1 内环无源控制器设计59-60
• 5.2.2 外环H￥鲁棒控制器设计60-64
• 5.3 永磁同步直线电机的H￥鲁棒无源控制的MATLAB仿真和分析64-69
• 5.4 本章小结69-70
• 6 总结与展望70-72
• 6.1 总结70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 个人简历、在学期间发表的学术论文以及研究成果77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 袁世鹰,焦留成,朱建铭;直线同步电动机提升系统的研究现状及展望[J];焦作工学院学报;1998年02期

2 乔忠寿;;直线电机驱动的矿井提升系统[J];煤炭科学技术;1992年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 蔡亮成;Port-Hamiltonian系统的能量整形镇定设计[D];中南大学;2013年

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本文编号：924885