【摘要】：傳統(tǒng)滾軸絲桿結合旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動控制方式是工業(yè)控制中常見的產(chǎn)生直線運動的策略,其控制精度會由于中間轉(zhuǎn)換機構而減小,而永磁同步直線電機(PMSLM)由于其推力大、加速度高、動態(tài)響應好、定位精度高等優(yōu)點逐漸被用于高速高精密加工機床中。為了實現(xiàn)PMSLM精確位置控制,能否獲得精確的直線電機動子實時運動位置至關重要。直線電機閉環(huán)控制系統(tǒng)一般都是采用高分辨率的位置傳感器來檢測直線電機動子的運動位置,如光柵尺,磁柵尺等。然而位置傳感器對工作環(huán)境要求很高,需要額外的外部輔助電路模塊才能正常工作,此外對安裝工序的要求也很苛刻,。針對位置傳感器給控制系統(tǒng)帶來的一系列弊端,將無位置傳感器控制技術應用于永磁同步直線電機直接驅(qū)動控制系統(tǒng)中,克服了位置傳感器給直線電機閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)所帶來的局限性。本課題就無位置傳感器控制技術對實現(xiàn)直線電機的動子運動位置估計進行了研究探討。首先,簡要分析了PMSLM的工作原理,基于坐標變換原則,推導了在dq和αβ坐標系下的PMSLM數(shù)學方程。針對傳統(tǒng)直線電機閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)中位置傳感器所帶來的弊端,提出了基于無位置傳感器控制技術的PMSLM動子位置估計矢量控制系統(tǒng)。在PMSLM無位置傳感器控制系統(tǒng)中,由于在初始上電時缺少額外的位置傳感器來檢測直線電機的初始磁極位置,因此本文研究了PMSLM初始位置檢測方法以及PMSLM在沒有位置傳感器時上電啟動方法。其次,在非線性系統(tǒng)狀態(tài)估計理論的基礎上,研究了PMSLM的無位置傳感器控制技術。根據(jù)Kalman濾波器工作原理,研究了其另外一種形式,即擴展卡爾曼濾波算法(EKF),并且深入研究了EKF算法的工作原理,同時推導了其遞推計算公式。根據(jù)EKF算法的遞推結構,建立了PMSLM的狀態(tài)數(shù)學方程,同時在M MATLAB中搭建了基于EKF算法的PMSLM無位置傳感器動子位置估計系統(tǒng)的仿真控制模型,仿真結果表明該算法能夠準確的估計直線電機動子的實時運動位置,在寬位置范圍內(nèi)均能很好的跟蹤直線電機的動子位置,具有良好的動態(tài)響應和魯棒性。最后,搭建了實驗硬件控制平臺,結合半實物仿真控制系統(tǒng)AD5435對EKF動子位置估計算法進行了實驗驗證,通過實驗結果對EKF估計器的精度進行了分析,結果表明該算法用于永磁同步直線電機的動子位置估計是可行的,具有較好的跟隨性能。對PMSLM無位置傳感器動子位置實時估計的研究在高速高精度直驅(qū)閉環(huán)控制系統(tǒng)領域中具有重要意義。
[Abstract]:The traditional drive and control mode of rotary motor combined with roller rod is a common strategy to produce linear motion in industrial control. Its control precision will be reduced because of the intermediate conversion mechanism, while the (PMSLM) of permanent magnet synchronous linear motor (PMSM) will be reduced because of its high thrust. The advantages of high acceleration, good dynamic response and high positioning accuracy are gradually used in high speed and high precision machining machine tools. In order to realize the accurate position control of PMSLM, it is very important to obtain accurate real time moving position of linear electric maneuvers. The closed loop control system of linear motor usually uses high resolution position sensor to detect the moving position of linear electric motor, such as grating ruler, magnetic grating ruler and so on. However, the position sensor requires a very high working environment and requires additional external auxiliary circuit modules to work properly. In addition, the requirements of the installation process are also very stringent. In view of a series of disadvantages brought by position sensor to the control system, the position sensorless control technology is applied to the direct drive control system of permanent magnet synchronous linear motor (PMSM). It overcomes the limitation of the position sensor to the linear motor closed-loop drive control system. In this paper, the sensorless control technology is studied to estimate the motion position of linear motor. Firstly, the working principle of PMSLM is briefly analyzed. Based on the principle of coordinate transformation, the mathematical equations of PMSLM in dq and 偽 尾 coordinate systems are derived. Aiming at the disadvantages of position sensor in the traditional linear motor closed-loop drive control system, a position estimation vector control system for PMSLM mover based on sensorless control technology is proposed. In the PMSLM position sensorless control system, due to the lack of additional position sensors to detect the initial pole position of the linear motor, In this paper, the initial position detection method of PMSLM and the power-up method of PMSLM without position sensor are studied in this paper. Secondly, based on the state estimation theory of nonlinear systems, the position sensorless control technology of PMSLM is studied. According to the working principle of Kalman filter, this paper studies one of its other forms, the extended Kalman filter algorithm (EKF), and the working principle of EKF algorithm. At the same time, the recursive calculation formula is deduced. According to the recursive structure of EKF algorithm, the state mathematical equation of PMSLM is established. At the same time, the simulation control model of PMSLM sensorless position estimation system based on EKF algorithm is built in M MATLAB. The simulation results show that the proposed algorithm can accurately estimate the real-time motion position of the linear motor, and can track the moving position of the linear motor in a wide range of positions, and has good dynamic response and robustness. Finally, the hardware control platform of the experiment is built, and the position estimation algorithm of the EKF mover is verified by the hardware-in-the-loop simulation control system AD5435. The precision of the EKF estimator is analyzed by the experimental results. The results show that the proposed algorithm is feasible and has a good tracking performance for permanent magnet synchronous linear motors (PMSM). The research on the real-time position estimation of PMSLM sensorless movers is of great significance in the field of high speed and high precision direct drive closed-loop control system.
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM359.4

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本文編號：2253041