本文關鍵詞：高精度直線電機模型辨識及控制研究

  更多相關文章： 永磁同步直線電機 紋波推力 端部效應 齒槽效應 PID 參數(shù)整定

【摘要】：永磁同步直線電機(PMLSM)能夠直接提供直線推力,其直線型結構使它不受離心力的約束,同時取消了旋轉電機與工作臺之間的運動轉換機構,因此在需要直線驅動的場合中,相比旋轉電機,直線電機伺服控制系統(tǒng)可以獲得更大的運行速度和加速度以及定位精度。直線電機的這些特性使它在軍事、交通、工業(yè)等領域的應用前景廣闊,特別是在數(shù)控機床中成果顯著。但是也因為直線電機的一些不足限制了其控制系統(tǒng)性能的提高,例如摩擦力和齒槽力以及直線電機特有的端部效應等問題。因此,分析限制直線電機性能提高的原因并研究解決方法具有重要的意義。本文在電磁場分析的基礎上,研究了紋波推力和摩擦力等干擾產(chǎn)生的原因及其模型,建立了永磁同步直線電機的動力學模型,并對其中重要的參數(shù)進行了辨識,最后針對速度環(huán)和位置環(huán)設計了控制器。首先,從電磁場的角度探討了直線電機運行時推力出現(xiàn)波動的原因,通過解析法中的等效磁化電流方法建立PMLSM的氣隙磁場模型,并通過有限元分析方法建立電機的幾何模型得到了磁場分布曲線,證明紋波推力是端部效應和齒槽效應引起的。然后分析了摩擦力的形式及負載力、負載質量對直線電機的影響,并利用坐標變換推導出電磁推力方程,由此建立了完整的永磁同步直線電機的動力學模型。其次,對PMLSM動力學模型中的主要參數(shù),通過帶有遺忘因子的遞推最小二乘算法來辨識;而對紋波推力和摩擦力,因為兩者都是非線性形式,所以根據(jù)有限元分析法仿真得到的數(shù)據(jù),用頻譜分析方法辨識出它們的主要頻率。最后,將永磁同步直線電機應用到控制系統(tǒng)中,研究了PMLSM閉環(huán)系統(tǒng)的控制策略,分別給速度環(huán)和位置環(huán)設計了PI和PID控制器,并且針對PID控制器的參數(shù)調節(jié)問題,采用了工程設計法和遺傳算法兩種方法來整定控制器的參數(shù)。最后,在理論分析的基礎上,通過MATLAB搭建PMLSM的控制系統(tǒng)模型和編寫m程序,通過ANSOFT電磁分析軟件建立PMLSM的幾何模型,仿真永磁同步直線電機的電磁場、模型辨識和系統(tǒng)控制過程,對上述理論、辨識算法和控制方法進行了驗證。
【關鍵詞】：永磁同步直線電機 紋波推力 端部效應 齒槽效應 PID 參數(shù)整定
【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】：2015
【分類號】：TM359.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題來源9
• 1.2 研究目的和意義9-11
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.1 國外應用與研究11-12
• 1.3.2 國內應用與研究12-13
• 1.4 本文主要研究內容和結構框架13-16
• 第2章 永磁同步直線電機數(shù)學模型建立16-32
• 2.1 直線電機的結構和工作原理16-17
• 2.2 永磁同步直線電機氣隙磁場模型17-22
• 2.2.1 常用的直線電機磁場分析方法17-18
• 2.2.2 等效磁化電流法分析結果18-20
• 2.2.3 有限元法分析結果20-22
• 2.3 永磁同步直線電機系統(tǒng)干擾分析22-26
• 2.3.1 齒槽效應和端部效應22-23
• 2.3.2 紋波推力分析與建模23-24
• 2.3.3 摩擦力分析與建模24-25
• 2.3.4 其他擾動力25-26
• 2.4 永磁同步直線電機動力學模型26-31
• 2.4.1 Park和Clarke坐標變換26-29
• 2.4.2 永磁同步直線電機動力學模型建立29-31
• 2.5 本章小結31-32
• 第3章 永磁同步直線電機模型參數(shù)辨識32-48
• 3.1 電機參數(shù)辨識常用方法32-33
• 3.2 紋波推力和法向力頻率辨識33-38
• 3.2.1 Ansoft Maxwell仿真過程33-36
• 3.2.2 Ansoft Maxwell仿真結果36-38
• 3.3 永磁同步直線電機模型參數(shù)辨識38-43
• 3.3.1 輸入信號的選擇39-41
• 3.3.2 辨識算法的選擇41-43
• 3.4 參數(shù)辨識仿真43-47
• 3.4.1 速度環(huán)模型參數(shù)仿真43-44
• 3.4.2 位置環(huán)模型參數(shù)仿真44-47
• 3.5 本章小結47-48
• 第4章 永磁同步直線電機閉環(huán)控制48-66
• 4.1 矢量控制和脈寬調制技術48-51
• 4.1.1 矢量控制48
• 4.1.2 空間矢量脈寬調制技術48-51
• 4.2 永磁同步直線電機的控制方法研究51-53
• 4.3 PID控制參數(shù)整定方法53-57
• 4.3.1 典型II型系統(tǒng)參數(shù)調節(jié)方法53-54
• 4.3.2 遺傳算法PID參數(shù)尋優(yōu)方法54-57
• 4.4 控制器設計及仿真57-65
• 4.4.1 速度環(huán)控制器設計及仿真57-61
• 4.4.2 位置環(huán)控制器設計及仿真61-65
• 4.5 本章小結65-66
• 結論66-68
• 參考文獻68-74
• 致謝74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 羅天資;陳衛(wèi)兵;鄒豪杰;李忠良;;直線電機模糊增量PID控制算法的研究[J];測控技術;2011年02期

2 黃克峰;李槐樹;周羽;;軸向充磁圓筒型永磁直線電機磁場解析[J];哈爾濱工程大學學報;2013年07期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張穎;永磁同步直線電機磁阻力分析及控制策略研究[D];華中科技大學;2008年

2 唐勇斌;精密運動平臺用永磁直線同步電機的磁場分析與電磁力研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

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本文編號：953681