高精度场合下永磁同步直线电机控制策略的研究

发布时间：2017-03-29 08:09

  本文关键词：高精度场合下永磁同步直线电机控制策略的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高精度场合下对伺服系统的准确性、快速响应性、稳定性等具有较高的要求,传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的机械加工结构已经越来越不能满足这种需求。永磁同步直线电机将电能直接转化为直线运动的机械能,不需要中间传动装置,具有结构简单、工作效率高、定位精度高的特点,因此目前正被广泛应用于高档精密加工的场合下。本文以双次级永磁同步直线电机为研究对象,针对该电机存在的由固有结构构造带来的推力波动、初始定位较难、控制电路存在外界干扰等问题开展研究,主要研究内容如下：(1)对直线电机的电压、磁链、电磁转矩和机械运动方程进行理论分析和推导,找出与直线电机磁链、电磁转矩直接相关的控制参数。并且对直线电机在运动过程中的受力情况做了分析,找出影响推力波动的因素。找出并分析了高精度场合下的干扰源问题。(2)由于直线电机控制信号的直接输入是由逆变器产生的,而且很多比较经典的控制算法前提都是把直线电机和逆变器看作一个整体来研究,因此对逆变器的工作原理作了研究,并在逆变器的角度提出优化直线电机控制性能的方案。选择矢量控制方案,对SVPWM中的两种形式CLARKE做详细的推导,所涉及的参数由来也给予明确的描述,对直线电机进行解耦控制,从而提高控制精度。(3)对直线电机初始定位时采用基于编码器输出信号二分搜索法的初始位置估计方案,提高了初始定位的精度,从而确保了启动的平稳性和准确性。(4)针对直线电机在运行过程中的外界干扰提出引入改进PID算法结合干扰观测器确保其运行平稳性的方案。并对所采用的PID和干扰观测器控制策略进行仿真分析。(5)使用TI公司的高性能芯片TMS320F2812为主控制芯片,在硬件电路设计中减少干扰的来源,确保控制信号的准确无误性,并在此硬件平台上对所提出的控制方法进行了论证。
【关键词】：永磁同步直线电机 高精度 初始位置 矢量控制 PID DSP 干扰观测器
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 课题的来源及研究意义8-9
• 1.2 直线电机的工作原理以及分类9-11
• 1.3 永磁同步直线电机高精度控制领域研究现状11-14
• 1.4 本文的主要研究工作14-15
• 第二章 基于解耦策略的永磁同步直线电机矢量控制方法15-39
• 2.1 永磁同步直线电机的解耦基础15-17
• 2.2 SPWM技术17-24
• 2.2.1 SPWM在永磁同步直线电机控制中的实现23-24
• 2.3 SVPWM技术24-38
• 2.3.1 直线电机的解耦控制25-30
• 2.3.2 SVPWM的实现30-37
• 2.3.3 永磁同步直线电机矢量控制Simulink建模与仿真37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 基于编码器输出信号二分搜索法的初始位置估计39-48
• 3.1 动子初始位置估计意义及常见估计方法39-45
• 3.2 编码器输出信号二分搜索法45-46
• 3.3 基于编码器输出信号二分搜索法在PMSLM控制中的实现46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 基于位置式PID控制器和干扰观测器的改善精度实现48-60
• 4.1 永磁同步直线电机干扰因素来源分析48-49
• 4.2 PID控制策略对控制精度的影响49-53
• 4.3 位置式PID算法在直线电机控制中的实现53-56
• 4.4 引入干扰观测器提高抗干扰能力56-58
• 4.5 PID和干扰观测器控制系统设计58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 永磁同步直线电机硬件平台的搭建以及软件的实现60-71
• 5.1 硬件平台的搭建60-66
• 5.2 软件的实现66-70
• 5.2.1 速度位置检测66-68
• 5.2.2 电流采样信号处理68
• 5.2.3 主程序68-69
• 5.2.4 中断程序69-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 全文研究内容总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

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