本文關鍵詞：旋轉(zhuǎn)式音圈電機控制策略與驅(qū)動拓撲研究

  更多相關文章： 旋轉(zhuǎn)式音圈電機 自抗擾控制 多重化 電流紋波 位置伺服控制

【摘要】：旋轉(zhuǎn)式音圈電機因其具有線性控制、高定位精度、直接驅(qū)動等特點在精密位置伺服控制系統(tǒng)中得到廣泛應用,而近年來隨著應用環(huán)境的不斷升級和應用場景的不斷增加,對音圈電機的控制性能也提出越來越高的要求,研究高性能音圈電機控制系統(tǒng)顯得非常必要。本文首先分析了旋轉(zhuǎn)式音圈電機的工作原理并建立了電機本體的數(shù)學模型。根據(jù)數(shù)學模型,進一步討論了在一定物理限制條件下的音圈電機極限動態(tài)性能,包括對正弦參考的幅值和相位跟蹤以及階躍響應的快速無超調(diào)最短響應時間,這些動態(tài)性能指標直接決定了旋轉(zhuǎn)式音圈電機閉環(huán)控制效果和實際應用場合。針對音圈電機動態(tài)模型建立困難以及位置控制精度要求高的特點,本文研究了基于自抗擾控制策略的音圈電機控制方案。分別分析了構(gòu)成自抗擾控制的擴張狀態(tài)觀測器環(huán)節(jié)和反饋控制律環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性,給出了具有參考輸入的自抗擾閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷條件。同時,在基于帶寬概念對系統(tǒng)極點進行配置前提下,對具有不同和相同擴張階數(shù)的擴張狀態(tài)觀測器性能進行了頻域和時域分析,并考察了擴張階數(shù)、帶寬對觀測器性能的影響。分析了針對不同參考信號的線性反饋控制律閉環(huán)性能,結(jié)果表明適當?shù)膮?shù)配置可以將高階閉環(huán)系統(tǒng)等效為二階或一階系統(tǒng),閉環(huán)控制性能更理想。在穩(wěn)定性和控制性能分析的基礎上,設計了旋轉(zhuǎn)式音圈電機的單級自抗擾控制策略和串級自抗擾控制策略,并與三閉環(huán)具有前饋的PID控制進行了仿真效果對比,結(jié)果表明串級自抗擾控制精度和位置帶寬更高,控制信號噪聲較小。為了抑制電流紋波帶來的轉(zhuǎn)矩波動、噪聲和對位置精度的影響,在單雙極性調(diào)制電流紋波分析的基礎上,推導出了電流紋波幅值與位置精度的關系,進而提出了基于多重化拓撲的音圈電機驅(qū)動方案,并得出了電流紋波幅值與多重化模塊數(shù)的四次方成反比。針對多重化驅(qū)動時各相電流不均衡問題,本文提出了一種基于簡單采樣方式的均流控制策略,實現(xiàn)了各相的均流控制。最后,設計了旋轉(zhuǎn)式音圈電機的硬件驅(qū)動系統(tǒng),通過實驗驗證了所提出控制策略的可行性和有效性。
【關鍵詞】：旋轉(zhuǎn)式音圈電機 自抗擾控制 多重化 電流紋波 位置伺服控制
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM359.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 音圈電機驅(qū)動技術研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 功率放大環(huán)節(jié)10-12
• 1.2.2 閉環(huán)運算環(huán)節(jié)12-14
• 1.3 音圈電機控制策略研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本課題主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 旋轉(zhuǎn)式音圈電機數(shù)學模型及動態(tài)性能分析17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 旋轉(zhuǎn)式音圈電機的數(shù)學模型分析17-19
• 2.3 旋轉(zhuǎn)式音圈電機的動態(tài)性能19-23
• 2.3.1 旋轉(zhuǎn)式音圈電機的正弦跟蹤動態(tài)性能19-21
• 2.3.2 旋轉(zhuǎn)式音圈電機的階躍跟蹤動態(tài)性能21-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 第3章 基于自抗擾控制的旋轉(zhuǎn)式音圈電機控制系統(tǒng)性能分析25-47
• 3.1 引言25
• 3.2 自抗擾控制的基本原理25-28
• 3.3 線性自抗擾控制器穩(wěn)定性分析28-33
• 3.3.1 線性全狀態(tài)反饋控制律穩(wěn)定性分析29-30
• 3.3.2 線性擴張狀態(tài)觀測器穩(wěn)定性分析30-31
• 3.3.3 線性自抗擾控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析31-33
• 3.4 線性自抗擾控制器性能分析33-46
• 3.4.1 線性擴張觀測器性能分析33-39
• 3.4.2 線性反饋控制律性能分析39-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 基于自抗擾控制的旋轉(zhuǎn)式音圈電機控制系統(tǒng)設計47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 單級線性自抗擾控制器設計47-53
• 4.2.1 三階線性擴張狀態(tài)觀測器及反饋控制律設計47-49
• 4.2.2 單級線性自抗擾控制系統(tǒng)仿真分析49-53
• 4.3 串級線性自抗擾控制器設計53-58
• 4.3.1 二階及一階線性擴張狀態(tài)觀測器設計54-55
• 4.3.2 線性反饋控制律設計55-56
• 4.3.3 串級線性自抗擾控制系統(tǒng)仿真分析56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 基于多重化技術的旋轉(zhuǎn)式音圈電機驅(qū)動拓撲研究59-76
• 5.1 引言59
• 5.2 單雙極性調(diào)制及其電流紋波對位置精度的影響59-64
• 5.2.1 單雙極性調(diào)制及其電流紋波分析59-62
• 5.2.2 電流紋波對電機位置精度的影響62-64
• 5.3 多重化技術及電流紋波分析64-71
• 5.3.1 二重化技術下的音圈電機電樞電流紋波分析65-68
• 5.3.2 n重化技術下的音圈電機電樞電流紋波分析68-71
• 5.4 基于均勻載波移相的多重化逆變均流控制技術71-75
• 5.4.1 均流控制問題的提出71-73
• 5.4.2 均流控制策略與仿真和實驗驗證73-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 第6章 旋轉(zhuǎn)式音圈電機驅(qū)動控制系統(tǒng)設計與實驗76-81
• 6.1 引言76
• 6.2 旋轉(zhuǎn)式音圈電機驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件設計76-78
• 6.3 旋轉(zhuǎn)式音圈電機驅(qū)動控制系統(tǒng)實驗驗證78-80
• 6.4 本章小結(jié)80-81
• 結(jié)論81-82
• 參考文獻82-87
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果87-89
• 致謝89

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高志強;;自抗擾控制思想探究[J];控制理論與應用;2013年12期

2 李勇;寧劍建;;微小型旋轉(zhuǎn)音圈電機的磁路分析與電樞反應研究[J];微電機;2013年11期

3 李笑倩;宋強;劉文華;李建國;;采用載波移相調(diào)制的模塊化多電平換流器電容電壓平衡控制[J];中國電機工程學報;2012年09期

4 李立毅;劉麗麗;吳紅星;;音圈電機位置伺服系統(tǒng)電流驅(qū)動器的兩種設計方法研究[J];微電機;2011年11期

5 翟小飛;劉德志;歐陽斌;魏克銀;晏明;;對稱PWM減小H半橋型開關功放電流紋波的新方法[J];電力自動化設備;2011年02期

6 王大_g;郭宏;于凱平;張立佳;;基于FPGA的直接驅(qū)動閥用音圈電機功率驅(qū)動器[J];北京航空航天大學學報;2010年08期

7 張亮;房建成;;電磁軸承脈寬調(diào)制型開關功放的實現(xiàn)及電流紋波分析[J];電工技術學報;2007年03期

8 韓京清;;自抗擾控制技術[J];前沿科學;2007年01期

9 趙興玉;張勝泉;張大衛(wèi);;基于音圈電機精密定位平臺的控制系統(tǒng)設計與仿真[J];天津大學學報;2007年02期

10 韓京清;從PID技術到“自抗擾控制”技術[J];控制工程;2002年03期

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本文編號：996624