【摘要】：永磁直線同步電機(jī)(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)具有高速度、高精度、高推力密度和高動態(tài)響應(yīng)等特點,被廣泛應(yīng)用到各類精密加工領(lǐng)域如光刻機(jī)、高檔數(shù)控機(jī)床等。永磁直線同步電機(jī)取消了旋轉(zhuǎn)式的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu),可以實現(xiàn)直驅(qū)式運(yùn)動,減小了由摩擦力等帶來的機(jī)械損耗。然而,這種直驅(qū)式結(jié)構(gòu)也會使得各種外部擾動如推力波動等會無緩沖地加到直線電機(jī)上,使得電機(jī)的抗外部力擾動能力下降。如何減小推力波動給直線電機(jī)運(yùn)行帶來的影響,是保證直線電機(jī)優(yōu)良性能的關(guān)鍵所在。本文采用優(yōu)化設(shè)計控制系統(tǒng)的方法,減小外加推力波動給直線電機(jī)運(yùn)行所帶來的影響。首先,本文從推力波動的成因著手,對各類推力波動進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。為對推力波動進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,設(shè)計了推力波動數(shù)據(jù)采集方法,并針對推力波動數(shù)據(jù)設(shè)計了離線辨識方案,得到了推力波動的近似數(shù)學(xué)模型。其次,為了實現(xiàn)推力波動的在線觀測,本文建立了直線電機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式,據(jù)此設(shè)計了兩種推力波動觀測器,分別是恒定增益的龍伯格觀測器和變增益的卡爾曼濾波器。對卡爾曼濾波器的算法建立過程、參數(shù)設(shè)計和穩(wěn)定性分析進(jìn)行了詳細(xì)介紹。利用觀測器得到的推力波動數(shù)據(jù)進(jìn)行電流補(bǔ)償,以減小推力波動給直線電機(jī)運(yùn)行帶來的影響。再次,針對傳統(tǒng)卡爾曼濾波器所具有的計算量大這一缺陷,從直線電機(jī)數(shù)學(xué)模型入手,設(shè)計了一種增量式的卡爾曼濾波器,可以實現(xiàn)觀測器的降階運(yùn)算。針對改進(jìn)后的推力波動觀測器,設(shè)計了一種先驗式的參數(shù)設(shè)計方法。最后,在理論分析的基礎(chǔ)上,搭建了直線電機(jī)的驅(qū)動控制平臺,對控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了介紹。在此平臺上利用力傳感器測量得到了直線電機(jī)的推力波動真實值,用作對比實驗。在平臺上進(jìn)行了推力波動數(shù)據(jù)采集實驗,對數(shù)據(jù)進(jìn)行了離線辨識得到了近似數(shù)學(xué)模型,再進(jìn)行在線前饋補(bǔ)償,分析了其對直線電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性的提高。在此基礎(chǔ)上,分別進(jìn)行了以常規(guī)和改進(jìn)后的卡爾曼濾波器作為推力波動觀測器的推力波動補(bǔ)償實驗,對比分析了其性能和系統(tǒng)計算負(fù)荷。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

與這一方法類似，文獻(xiàn)[7]利用有限元計算的方法對定位力進(jìn)行了建模，利用建模結(jié)果建立了推力波動補(bǔ)償表，在電機(jī)運(yùn)行過程中，利用補(bǔ)償表的數(shù)據(jù)進(jìn)行了在線補(bǔ)償，實驗結(jié)果如圖1-1所示，補(bǔ)償后的速度波動下降到了補(bǔ)償前的約60%。a) 補(bǔ)償前 b) 補(bǔ)償后圖 1-1 查表補(bǔ)償法的穩(wěn)態(tài)速度響應(yīng)上述兩種方法均屬于查表法，而查表法所具有的缺陷便是需要占用系統(tǒng)內(nèi)存來進(jìn)行推力波動數(shù)據(jù)的存儲，為了避免這一問題，相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者開始對推力波動的數(shù)學(xué)建模展開了研究。文獻(xiàn)[8]提出一種在開環(huán)直線電機(jī)系統(tǒng)中，施加直

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文續(xù)表 2-1參數(shù) 值 單位磁鏈 0.24 Wb極距 12 mm極對數(shù) 1 /母線電壓 310 V仿真設(shè)定速度指令為梯形波，穩(wěn)態(tài)速度為 0.01m/s，加速時間為 0.05s間為 20s，動子移動的距離為 0.2m，根據(jù)實驗室以往研究結(jié)果，將定為( ) 1.34 2.29sin 6.27sin 2 1.01sin 4rF x x x x (得到的 q 軸電流波形如圖 2-9 所示，該圖省略了加速段，僅保留了勻據(jù)。結(jié)合極距 τ=0.012m，理論上圖中應(yīng)該有 0.2/0.012≈16.6 個推力波通過觀察可以看出，與理論分析相符，驗證了勻速段的 q 軸電流可以力波動的特性。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文—iq的信號長度流經(jīng)過傅里葉分析后的頻譜分布如圖 2-10 所示。其中基A，可以看出，q 軸電流具有 4 個明顯的低頻高幅值分量 3 個低頻高幅分量相比于基頻的幅值百分比分別為 59.75。結(jié)合推力系數(shù) Kf，易得 4 個低頻高幅分量的幅值分別約.2580 和 1.0163，基本與設(shè)定值對應(yīng)。仿真結(jié)果表明對勻速傅里葉分析得到電流各頻次分量，再結(jié)合電機(jī)推力系數(shù)表達(dá)式。

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2 趙希梅;趙久威;;永磁直線同步電機(jī)的智能互補(bǔ)滑�？刂芠J];電工技術(shù)學(xué)報;2016年23期

3 李振宇;張文濤;張志鋼;程國苗;;一種永磁直線同步電機(jī)初始相位檢測新方法[J];儀器儀表用戶;2017年07期

4 姜敞;趙亮;曹揚(yáng);;永磁直線同步電機(jī)的端部力分析及其優(yōu)化[J];微電機(jī);2017年06期

5 王文斌;王德成;;永磁直線同步電機(jī)控制技術(shù)[J];防爆電機(jī);2017年05期

6 趙希梅;王晨光;程浩;;永磁直線同步電機(jī)自適應(yīng)互補(bǔ)滑�？刂芠J];電機(jī)與控制學(xué)報;2017年08期

7 趙希梅;王晨光;;永磁直線同步電機(jī)的智能增量滑�？刂芠J];電機(jī)與控制學(xué)報;2017年09期

8 江宏偉;;基于ANSYS的3D永磁直線同步電機(jī)的推力波動計算[J];國防制造技術(shù);2015年04期

9 劉旭鵬;曾U喺

本文編號：2795394