與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比,永磁同步直線電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、不需要滾珠絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、定位精度高、運(yùn)動(dòng)行程無限制等一系列優(yōu)點(diǎn),所以非常適用于精密的現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、光刻機(jī)、電磁彈射等場合。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,成本問題逐漸成為限制其發(fā)展與應(yīng)用的一個(gè)核心問題,其中位置傳感器占據(jù)成本中的很大一部分。應(yīng)用線性霍爾作為作為位置傳感器,具有體積小、重量輕、成本低、環(huán)境適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn),但其也存在著精度相對(duì)較低的缺點(diǎn)。本文旨在研究基于線性霍爾位置傳感器的精密永磁同步直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。首先,由于電機(jī)運(yùn)行及霍爾傳感器本身誤差等原因,霍爾傳感器輸出信號(hào)可能包含較為復(fù)雜的諧波,基于此問題,本文設(shè)計(jì)了諧波消除方法實(shí)現(xiàn)對(duì)霍爾信號(hào)諧波的消除,減小由于諧波引入的誤差。之后結(jié)合鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè),針對(duì)傳統(tǒng)鎖相環(huán)（II型系統(tǒng)）對(duì)諧波敏感及無法無差跟蹤頻率線性變化信號(hào)的缺點(diǎn),進(jìn)行了分別的設(shè)計(jì),其中應(yīng)用消諧算法解決諧波問題,并應(yīng)用III型鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率線性變化信號(hào)的無差跟蹤,最終設(shè)計(jì)了基于以上消諧算法和III型鎖相環(huán)的位置檢測(cè)系統(tǒng)。其次,由于線性霍爾位置傳感器輸出信號(hào)本身為磁場信號(hào)的正余弦值,所以考慮直接使用霍爾信號(hào)實(shí)現(xiàn)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于霍爾位置傳感器的永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

?煊σ步峽歟?嵌冉自鏡牡髡?奔湓?為4μs，魯棒性也較好。文獻(xiàn)[7]提出了同步頻率提取器(SynchronousFrequencyExtractors,SFEs)來從原始信號(hào)中提取基波分量，SFE能夠通過積分的方法將霍爾元件輸出信號(hào)中的高次諧波濾除，進(jìn)而利用反正切來計(jì)算電機(jī)實(shí)際位置，但是實(shí)際對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的仿真中發(fā)現(xiàn)：由于該方法是使用積分法來消除高次諧波的影響，所以在有限的時(shí)間內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)位置的無差估計(jì)。如圖1-2所示為SFE的結(jié)構(gòu)框圖，這種方法在電機(jī)高速勻速運(yùn)行時(shí)的位置估計(jì)較為準(zhǔn)確，但是其在低速或者速度變化較大的場合并不適用。圖1-2SFE結(jié)構(gòu)框圖以上的算法均是基于從霍爾元件的輸出信號(hào)中提取基波分量實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)位置檢測(cè)的方法。文獻(xiàn)[8]利用自己設(shè)計(jì)的霍爾陣列，使用三個(gè)兩兩相差60電角度的線性霍爾傳感器并結(jié)合定點(diǎn)迭代的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)位置的檢測(cè)，作者通過理論分析證明了其算法的穩(wěn)定性和收斂性。但其首先需要對(duì)電機(jī)磁場進(jìn)行建模，然后根據(jù)霍爾傳感器的輸出結(jié)合定點(diǎn)迭代算法實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置的估計(jì)，最后得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其位置估計(jì)的誤差在3電角度左右，位置估計(jì)誤差較大。文獻(xiàn)[9]和[10]分別根據(jù)自己設(shè)計(jì)的霍爾陣列實(shí)現(xiàn)了離線和在線地對(duì)電機(jī)磁場的建模，然后基于最優(yōu)化算法使得實(shí)際霍爾元件的輸出信號(hào)與建模磁場的誤差最小實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)位置的準(zhǔn)確估計(jì)，文獻(xiàn)[11]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)位置的檢測(cè)，這些算法計(jì)算量均很大，造成很大的計(jì)算負(fù)擔(dān)和時(shí)間延遲，所以很難直接應(yīng)用于電機(jī)控制，所以本文主要還是針對(duì)第一類的位置估計(jì)方法進(jìn)行研究。鎖相環(huán)作為一種較為成熟的相位檢測(cè)方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變器等場合。傳統(tǒng)的鎖相環(huán)需要兩個(gè)正交的正余弦信號(hào)實(shí)現(xiàn)相位的閉環(huán)檢測(cè)，其動(dòng)態(tài)性能好但對(duì)輸入信號(hào)的要求較高，當(dāng)輸入信號(hào)存在直流?

在諧波、噪音和頻率變化等問題以及鎖相環(huán)動(dòng)態(tài)過程中的誤差及穩(wěn)定問題，很多文獻(xiàn)也提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法[16–20]。傳統(tǒng)的鎖相環(huán)為II型系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率隨時(shí)間線性變化的正弦信號(hào)的無差跟蹤，所以有些文獻(xiàn)提出III型鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率隨時(shí)間線性變化信號(hào)的無差跟蹤，但是提高系統(tǒng)的型別是以犧牲系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度為代價(jià)的。其中III型鎖相環(huán)又分為兩種[21],即改變環(huán)路濾波器階數(shù)和增加前饋通道，二者都能提高系統(tǒng)型別，但二者在穩(wěn)定性及算法復(fù)雜度存在一定差異，文獻(xiàn)[22–24]基于雙環(huán)路III型鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度計(jì)算。如圖1-3所示為傳統(tǒng)鎖頻環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖，文獻(xiàn)[25,26]基于電網(wǎng)相位、頻率的跟蹤應(yīng)用，提出了II型的鎖頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的無差跟蹤，并根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)增加了相應(yīng)的相位補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)相位的無差跟蹤。該方法是在交直軸坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償?shù)�，其首先通過Clark變化將三相電壓轉(zhuǎn)換為兩相正交的電壓相量，而經(jīng)過變換后的兩相正交的電壓分量正好是相差90電角度的正弦波，所以該方法可以應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的位置檢測(cè)。其中鎖頻環(huán)以及濾波器的建模和參數(shù)選擇可以參考文獻(xiàn)[27]。以上方法均能夠無差地跟蹤頻率呈線性變化的正余弦信號(hào)，所以非常適合永磁同步電機(jī)的位置檢測(cè)。圖1-3傳統(tǒng)鎖頻換結(jié)構(gòu)框圖以上的文獻(xiàn)中，基本都是著重于位置檢測(cè)，且多數(shù)文獻(xiàn)都是應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)的永磁同步電機(jī)，注重的是速度控制，所以對(duì)位置控制的研究并不多。但是本文是基于永磁同步直線電機(jī)的位置檢測(cè)和控制，所以位置控制算法與位置檢測(cè)算法一樣重要。目前查閱的文獻(xiàn)中還沒有將霍爾位置檢測(cè)和先進(jìn)的位置控制器相結(jié)合的研-5-

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]永磁同步直線電動(dòng)機(jī)電流控制方法[J]. 牛宇杰,王明義,楊瑞,李立毅.  微特電機(jī). 2019(09)
[2]基于鎖頻環(huán)的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)無傳感器控制[J]. 岳巖,王惠民,葛興來.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2019(10)
[3]永磁同步電機(jī)位置伺服系統(tǒng)迭代學(xué)習(xí)控制[J]. 馬冬麒,林輝.  微電機(jī). 2018(11)
[4]基于諧波抑制和擾動(dòng)觀測(cè)器的磁通切換永磁直線電機(jī)聯(lián)合控制方法[J]. 孟高軍,袁野,張亮,孫玉坤,劉海濤.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2018(09)
[5]基于迭代學(xué)習(xí)與FIR濾波器的PMLSM高精密控制[J]. 趙希梅,馬志軍,朱國昕.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2017(09)
[6]正弦和空間矢量PWM逆變器死區(qū)效應(yīng)分析與補(bǔ)償[J]. 吳茂剛,趙榮祥,湯新舟.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2006(12)

博士論文
[1]電磁彈射用雙邊動(dòng)磁式多氣隙永磁直線同步電機(jī)設(shè)計(jì)與分析[D]. 杜超.哈爾濱理工大學(xué) 2018
[2]精密永磁直線同步電機(jī)電流閉環(huán)控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王明義.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用永磁直線同步電機(jī)的磁場分析與電磁力研究[D]. 唐勇斌.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]永磁同步電機(jī)諧波抑制方法研究[D]. 崔兆蕾.湖南工業(yè)大學(xué) 2019
[2]基于MEEMD算法的永磁直線同步電機(jī)分?jǐn)?shù)階迭代學(xué)習(xí)控制[D]. 宋宏梅.沈陽工業(yè)大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3241558