本文關(guān)鍵詞：磁通切換永磁直線電機(jī)推力波動的抑制及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)　出處：《東南大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：初級永磁型磁通切換永磁直線電機(jī)(The primary permanent magnet linear flux-switching permanent magnet,簡稱LFSPM電機(jī))是一種新型結(jié)構(gòu)的定子永磁型雙凸極電機(jī),不僅具有效率高、功率密度高等諸多優(yōu)點(diǎn),且具有于傳統(tǒng)次級永磁型直線電機(jī)相似的磁場變化規(guī)律和相對較低的制作成本,有較好的應(yīng)用前景。本文以一臺6槽/17極LFSPM電機(jī)為研究對象,對電機(jī)推力波動抑制以及高性能控制策略進(jìn)行深入的理論分析與仿真研究,同時(shí)研制了以AD5435裝置為核心的高性能數(shù)字化電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng),進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文所得結(jié)果為LFSPM電機(jī)在伺服機(jī)床、電驅(qū)動系統(tǒng)、電磁彈射以及交通軌道等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用奠定了重要的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。論文主要的研究成果包括如下幾個方面:1、闡述了 LFSPM電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,創(chuàng)建了 LFSPM電機(jī)的有限元模型,給出了電機(jī)繞組磁鏈、電感以及反電動勢等參數(shù)的計(jì)算方法,同時(shí)根據(jù)LFSPM電機(jī)雙凸極的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用有限元與傅里葉分析相結(jié)合的方法構(gòu)造LFSPM電機(jī)單齒結(jié)構(gòu),對LFSPM電機(jī)的定位力進(jìn)行推導(dǎo)、分析與測量。2、推導(dǎo)了 LFSPM電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,研究電壓空間矢量PWM控制方法,根據(jù)LFSPM電機(jī)自身結(jié)構(gòu)與電磁性能的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了電流環(huán)、速度環(huán)以及位置環(huán),分析了一定條件下傳遞函數(shù)的近似處理原則,并改進(jìn)了一種參數(shù)辨識自適應(yīng)控制算法,提高了參數(shù)辨識精度,另外,在矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于電流反饋解耦控制的定位力補(bǔ)償方法,并得到了仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。3、結(jié)合LFSPM電機(jī)的新型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與電磁性能,提出了一種通過注入高頻低壓脈沖來初步計(jì)算LFSPM電機(jī)動子初始位置區(qū)間的新型辨識方法,隨后基于非線性鐵心飽和效應(yīng),提出了一種基于脈寬電壓矢量注入的初始位置檢測兩步法,最終確定LFSPM電機(jī)動子初始位置,實(shí)現(xiàn)了 LFSPM電機(jī)零速狀態(tài)下的位置檢測。4、提出了一種低速下采用脈振高頻信號注入法和中、高速下采用擴(kuò)展反電動勢法的LFSPM電機(jī)無位置復(fù)合控制策略,給出了復(fù)合控制的平滑切換方法,同時(shí)構(gòu)造合適的非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器使LFSPM電機(jī)的無位置檢測跟隨誤差趨于零,實(shí)現(xiàn)了全速狀態(tài)下對LFSPM電機(jī)位置信號的準(zhǔn)確跟蹤。5、針對LFSPM電機(jī)雙凸極結(jié)構(gòu)引起的較大定位力,從控制角度出發(fā),提出了一種抑制時(shí)變周期LFSPM電機(jī)定位力的自適應(yīng)x域重復(fù)控制策略,隨后設(shè)計(jì)非線性反饋控制器,使逼近誤差隨周期數(shù)的累加而呈現(xiàn)減小的趨勢,保證了系統(tǒng)的全局漸近穩(wěn)定性,最后搭建x域重復(fù)控制器控制模型,實(shí)現(xiàn)了 LFSPM電機(jī)推力波動的抑制。6、創(chuàng)建了有限元數(shù)值計(jì)算獲取離散數(shù)據(jù)的LFSPM電機(jī)Matlab/Simulink仿真模型,搭建了基于AD5435裝置的LFSPM電機(jī)數(shù)字驅(qū)動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺,并通過實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了所提控制算法的可行性。
[Abstract]:Primary permanent Magnet Flux switched permanent Magnet Linear Motor (. The primary permanent magnet linear flux-switching permanent magnet. LFSPM motor is a new type of stator permanent magnet doubly salient motor with many advantages, such as high efficiency, high power density and so on. And has the similar magnetic field variation law and relatively low production cost in the traditional sub-permanent magnet linear motor, and has a better application prospect. This paper takes a 6-slot / 17-pole LFSPM motor as the research object. The thrust fluctuation suppression and high performance control strategy are analyzed and simulated deeply, and the high performance digital motor drive control system with AD5435 device as the core is developed. The result of this paper is LFSPM motor in servo machine tool, electric drive system. The promotion and application of electromagnetic ejection and traffic orbit have laid an important theoretical and technical foundation. The main research results of this paper include the following aspects: 1. The basic structure and working principle of LFSPM motor are expounded, the finite element model of LFSPM motor is established, and the calculation method of parameters such as winding flux chain, inductance and back EMF is given. At the same time, according to the structure characteristics of double salient pole of LFSPM motor, the single tooth structure of LFSPM motor is constructed by using finite element method and Fourier analysis method, and the positioning force of LFSPM motor is deduced. The mathematical model of LFSPM motor is deduced, and the voltage space vector PWM control method is studied. According to the characteristics of LFSPM motor's structure and electromagnetic performance, the current loop is designed. Velocity loop and position loop, the approximate processing principle of transfer function under certain conditions is analyzed, and an adaptive control algorithm for parameter identification is improved to improve the precision of parameter identification. On the basis of the vector control system, a new method of position force compensation based on current feedback decoupling control is proposed, and the simulation and experimental results are given. 3. According to the new structure and electromagnetic performance of LFSPM motor, a new identification method is proposed to calculate the initial position range of LFSPM electric motor by injecting high frequency and low voltage pulse. Then, based on the nonlinear core saturation effect, a two-step initial position detection method based on pulse width voltage vector injection is proposed to determine the initial position of the LFSPM electromotor. In this paper, the position detection of LFSPM motor at zero speed. 4 is realized, and a high frequency pulse signal injection method is proposed at low speed. The position free compound control strategy of LFSPM motor with extended back EMF method is adopted at high speed, and the smooth switching method of compound control is presented. At the same time, a suitable nonlinear extended state observer is constructed to make the position detection error of LFSPM motor tend to zero, which realizes the accurate tracking of LFSPM motor position signal at full speed. In view of the large positioning force caused by the double salient structure of LFSPM motor, an adaptive repetitive control strategy in x domain is proposed to suppress the positioning force of LFSPM motor with time-varying period from the control point of view. Then the nonlinear feedback controller is designed, which makes the approximation error decrease with the accumulation of periods, which ensures the global asymptotic stability of the system. Finally, the control model of the repetitive controller in x domain is built. The thrust fluctuation suppression of LFSPM motor is realized. 6. The Matlab/Simulink simulation model of LFSPM motor is established by finite element numerical calculation to obtain discrete data. The experimental platform of LFSPM motor digital drive control system based on AD5435 device is built, and the feasibility of the proposed control algorithm is verified by experimental research.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM359.4;TP273

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本文編號：1379901