永磁同步直线电机直接推力控制技术研究

发布时间：2017-10-05 21:51

  本文关键词：永磁同步直线电机直接推力控制技术研究

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【摘要】：永磁同步直线电机具有结构简单、响应速度快的优点,因此被广泛应用在工业各领域。但是直线电机自身产生的磁链波纹、齿槽效应、端部效应等,再加上由于“零传动”的结构特点使其失去了中间传动的缓冲作用,负载变化和各种扰动因素会直接作用在电机自身,这些都会造成推力、速度、定子磁链产生波动,使直线电机的性能受到大幅度的影响。因此,为了有效解决这些问题,本文以永磁同步直线电机作为研究对象,研究直线电机直接推力控制方法,结合模糊控制方法改进控制性能,最后采用反步方法进行一体化设计,可以明显减小了定子磁链、推力和定子电流脉动,提高系统的动态响应速度,增强直线电机伺服系统的性能。本文首先介绍了直线电机的结构组成、工作原理,建立的各个坐标系下的数学模型,得到推力的控制方程,为直接推力控制提供理论基础。其次,设计了直线电机直接推力控制系统每个组成部分,包括直线电机仿真模型、逆变器、速度估计模块、速度调节器、磁链和推力观测器、磁链调节器、推力调节器、空间电压矢量开关表,将所有模块连结成整个系统,进而通过Matlab/Simulink仿真,得到了传统直接推力控制策略在空载情况下的定子磁链、电磁推力、速度、定子电流的响应曲线,直接推力控制策略虽然响应速度快,但是存在较大脉动。再次,分析脉动产生的原因,结合模糊控制技术对速度环PI控制器进行改进,使用模糊控制对推力和磁链滞环比较器进行改进,重新设计了空间电压矢量开关表,避免了扇区划分法中空间电压矢量在某些区域无法正确选择的问题,然后对模糊直接推力控制进行仿真并与传统直接推力控制的仿真结果进行比较,证明模糊控制能够减小推力和磁链脉动,提高鲁棒性。最后,本文又提出了一种基于反步方法的直接推力控制,利用反步思想将系统分解为低阶的子系统,引入合适的控制律使系统达到稳定,设计基于反步方法的速度控制器、推力和磁链控制器,根据输出的控制电压设计了空间电压矢量脉宽调制模块,然后进行仿真,结果证明基于反步方法的直接推力控制在抑制脉动、提高系统鲁棒性和动态响应能力等方面具有良好的效果。
【关键词】：直接推力控制 永磁同步直线电机 模糊控制 反步方法 磁链和推力脉动
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 直线电机的应用11-12
• 1.3 永磁同步直线电机的研究现状12-17
• 1.3.1 矢量控制12-16
• 1.3.2 直接推力控制16-17
• 1.4 论文的主要内容及结构安排17-19
• 第二章 永磁同步直线电机直接推力控制系统的设计与仿真实现19-45
• 2.1 永磁同步直线电机的结构和工作原理19-20
• 2.2 永磁同步直线电机的数学模型20-24
• 2.2.1 坐标变换21
• 2.2.2 直线电机在三相静止(ABC)坐标系中的数学模型21-22
• 2.2.3 两相静止(αβ)坐标系22-23
• 2.2.4 两相旋转( dq )坐标系23-24
• 2.3 永磁同步直线电机直接推力控制24-26
• 2.4 直线电机直接推力控制系统的设计26-41
• 2.4.1 直线电机模型设计27-29
• 2.4.2 逆变器设计29-31
• 2.4.2.1 逆变器数学模型29-31
• 2.4.2.2 逆变器仿真模型设计31
• 2.4.3 速度估计模块设计31-33
• 2.4.4 速度调节器设计33
• 2.4.5 推力和磁链观测器设计33-35
• 2.4.6 推力调节器设计35-36
• 2.4.7 磁链调节器设计36-37
• 2.4.8 磁链位置确定模块设计37-38
• 2.4.9 空间电压矢量开关表设计38-41
• 2.5 直线电机直接推力控制仿真系统设计实现41-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第三章 模糊直接推力控制系统的设计45-55
• 3.1 模糊控制基本原理45-47
• 3.2 模糊直接推力控制系统47-48
• 3.3 速度模糊控制器设计48-51
• 3.4 磁链和推力模糊控制器设计51-53
• 3.5 空间电压矢量开关表的改进设计53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 基于反步方法的直接推力控制系统设计55-64
• 4.1 反步方法概述55-56
• 4.2 基于反步方法的直接推力控制系统组成56-57
• 4.3 基于反步方法的控制器设计57-60
• 4.3.1 数学模型57
• 4.3.2 基于反步方法的速度控制器设计57-59
• 4.3.3 基于反步方法的推力和磁链控制器设计59-60
• 4.4 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）的实现60-63
• 4.5 基于反步方法的直接推力控制系统仿真模型设计63
• 4.6 本章小结63-64
• 第五章 直接推力控制系统的仿真实验64-74
• 5.1 变速恒负载情况下的仿真64-68
• 5.2 恒速变负载情况下的仿真68-73
• 5.3 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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6 崔s，

本文编号：979026