本文選題：永磁同步直線電機(jī) + 電流諧波抑制�。� 參考：《安徽大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在直線進(jìn)給運動的實現(xiàn)方案中,永磁同步直線電機(jī)(PMSLM)因其具有大推力、大行程、高加速度、定位精度高等特點逐步取代了同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)合滾軸絲桿、同步帶的傳統(tǒng)實現(xiàn)方案,被普遍用于高精密的加工應(yīng)用場合。精度是衡量激光雕刻機(jī)、3D打印機(jī)等數(shù)控機(jī)床的一個重要性能指標(biāo)。對于一個PMSLM控制系統(tǒng),電流環(huán)作為內(nèi)環(huán),電流的質(zhì)量好壞決定了推力的平穩(wěn)性、數(shù)控機(jī)床定位的精度。電流諧波成分越多,電機(jī)控制系統(tǒng)的推力波動越大,系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性越差,數(shù)控機(jī)床定位精度越差。因此,本論文提出了一種諧振二自由度PID控制算法,對PMSLM的電流諧波進(jìn)行了抑制。其具體包括以下幾個方面的研究。1、圍繞PMSLM位置、速度、電流三閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)的研究,首先,分別推導(dǎo)了 PMSLM在三種坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。接著,對SVPWM技術(shù)進(jìn)行了闡述與仿真。然后,采用磁定位法作為PMSLM初始位置檢測方法,保證了PMSLM控制系統(tǒng)的正常啟動。最后,基于矢量控制的基本原理、建立了基于Id*=0的PMSLM三閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。為下文諧波抑制算法的仿真研究以及實驗驗證打下基礎(chǔ)。2、受到諸如逆變器死區(qū)效應(yīng)等非線性因素的影響,PMSLM相電流會存在諧波成分,進(jìn)而產(chǎn)生推力波動。因此,為了抑制該電流諧波成分,本論文首先對電流諧波成分進(jìn)行了分析。然后,將廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)系統(tǒng)濾波的諧振控制器引入到電機(jī)控制系統(tǒng)的電流環(huán)控制器中,利用其在諧振頻率點的高增益特點來實現(xiàn)電流諧波的抑制,實現(xiàn)無靜差的跟蹤輸入信號。接著,針對諧振控制器在諧波抑制的過程中所產(chǎn)生的超調(diào)響應(yīng),本論文采用二自由度(2DOF)控制算法解決該超調(diào)響應(yīng)。最后,本論文結(jié)合諧振控制器、2DOF控制算法,提出了一種諧振二自由度(resonant-2DOF)PID控制算法,設(shè)計了一種resonant-2DOF PID控制器,仿真結(jié)果證明了本論文提出的resonant-2DOF PID控制算法的正確性與有效性。3、為了優(yōu)化本論文所設(shè)計的reSonant-2DOFPID控制器參數(shù),首先介紹了差分進(jìn)化(DE)算法的原理:在此基礎(chǔ)上,建立了基于DE算法優(yōu)化resonant-2DOF PID控制器參數(shù)的仿真控制模型,得到了一組最優(yōu)K_p、K_i、K_d值。最后,為了驗證resonant-2DOF PID控制算法能夠抑制電流諧波的目的,建立了基于resonant-2DOF的PMSLM電流諧波抑制仿真模型,并將通過DE算法所得的K_p、K_i、K_d代入resonant-2DOFPID控制器以及傳統(tǒng)PID控制器當(dāng)中,與傳統(tǒng)PID控制算法進(jìn)行對比仿真實驗。4、搭建了實驗硬件控制平臺,基于AD5435半實物仿真控制系統(tǒng)進(jìn)行了在不同速度、不同負(fù)載的工作條件下的對比實驗驗證。仿真對比結(jié)果和實驗對比結(jié)果均驗證了本論文所提出的resonant-2DOF PID控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)PMSLM電流諧波抑制的目的,削弱推力波動,對提高直線伺服控制系統(tǒng)的定位精度具有重要的意義。
[Abstract]:In the realization of linear feed motion, PMSLM (permanent Magnet synchronous Linear Motor) has gradually replaced the traditional scheme of synchronous rotating motor combined with roller rod and synchronous belt because of its characteristics of large thrust, large stroke, high acceleration and high positioning accuracy. It is widely used in high precision processing applications. Precision is an important performance index of CNC machine tools such as laser engraving machine and 3D printer. For a PMSLM control system, the current loop is used as the inner loop. The quality of the current determines the stability of the thrust and the positioning accuracy of the NC machine tool. The more harmonic components of the current, the greater the thrust fluctuation of the motor control system, the worse the stability of the system, and the worse the positioning accuracy of CNC machine tools. Therefore, in this paper, a resonant two-degree-of-freedom pid control algorithm is proposed to suppress the current harmonics of PMSLM. It includes three closed loop vector control systems: position, velocity and current. Firstly, the mathematical models of PMSLM in three coordinate systems are derived. Then, the SVPWM technology is described and simulated. Then, the magnetic location method is used as the initial position detection method of PMSLM to ensure the normal start of PMSLM control system. Finally, based on the basic principle of vector control, a three-loop vector control system of PMSLM based on IdML-0 is established. It lays a foundation for the simulation research and experimental verification of the following harmonic suppression algorithm. The PMSLM phase current will have harmonic components which will cause thrust fluctuation due to the influence of nonlinear factors such as dead-time effect of inverter. Therefore, in order to suppress the harmonic component of the current, this paper firstly analyzes the harmonic component of the current. Then, the resonant controller, which is widely used in grid-connected system filtering, is introduced into the current loop controller of the motor control system, and the current harmonic suppression is realized by using its high gain characteristic at the resonant frequency point. The tracking input signal without static error is realized. Then, aiming at the overshoot response of the resonant controller in the process of harmonic suppression, a two-degree-of-freedom (2-DOF) control algorithm is used to solve the overshoot response. Finally, combining with the 2DOF control algorithm of the resonant controller, this paper presents a resonant two-degree-of-freedom resonant-2DOF pid control algorithm, and designs a resonance 2DOF pid controller. The simulation results prove the correctness and validity of the resonance 2DOF pid control algorithm proposed in this paper. In order to optimize the parameters of the reSonant-2DOFPID controller designed in this paper, the principle of the differential evolution algorithm is first introduced. A simulation control model based on DE algorithm is established to optimize the parameters of the pid controller. Finally, in order to verify that the resonance 2DOF pid control algorithm can suppress the current harmonics, a PMSLM current harmonic suppression simulation model based on resonance 2DOF is established. Compared with the traditional pid control algorithm, a hardware control platform is built. The hardware control system based on AD5435 hardware-in-the-loop simulation control system is compared with the traditional pid control algorithm under different speed and load conditions. The simulation results and experimental results show that the resonance 2DOF pid control algorithm proposed in this paper can achieve the purpose of harmonic suppression of PMSLM current, weaken the thrust fluctuation, and improve the positioning accuracy of linear servo control system.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP273;TM359.4

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本文編號：2033050