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永磁同步直线电机伺服系统的控制策略和实验研究

张代林  
【摘要】: 相比于旋转电机,永磁同步直线电机具有高速度、高精度和大推力的优势,在高速高精数控系统和精密测量等许多应用场合具有广阔的应用前景。本文对永磁同步直线电机伺服控制系统进行了建模,提出了伺服控制系统的电流、速度和位置控制策略,针对永磁同步直线电机伺服系统中存在的干扰问题进行了补偿,并最终进行了实验验证。 本文首先对永磁同步直线电机伺服系统进行了数学建模(包括其电磁模型和动力学模型),提出了永磁同步直线电机的结构优化方法;同时对其伺服系统的干扰进行了分析,从而为伺服系统的软件开发提供了依据。 因为永磁同步直线电机伺服系统的电流环控制性能从很大程度上影响整个伺服系统的性能,所以研究电流环的控制策略以实现对电流的精确控制具有很重要的意义。在分析位置角度误差的影响和产生机理的基础上,提出了基于模型参考自适应控制方法的位置角度校正技术,来提高电流的控制精度。最终,本文从矢量控制算法中的解耦技术、位置角度校正技术和SVPWM控制技术三个方面来提高电流的控制性能,取得了比较好的控制效果。 在提出了电流控制策略之后,提出了永磁同步直线电机的速度和位置控制策略。在速度控制中,本文采用了模糊控制方法,并针对模糊控制方法的缺点,对永磁同步直线电机的干扰问题利用干扰观测器对其进行抑制;在位置控制中,提出了较完善的带有干扰抑制的位置控制策略,并针对永磁同步直线电机的纹波推力的特点,提出了用改进的神经网络估计方法来离线估计纹波推力,从而取得了更好的位置控制效果;同时针对控制系统的参数时常变化的特点,设计了鲁棒自适应控制器提高伺服系统对参数变化的鲁棒性。 本文较为详细地介绍了采用工控机和DSP双CPU控制体系统结构的永磁同步直线电机伺服系统的软硬件设计和实现。 最后,针对本文所提出的控制算法进行了仿真和实验验证,并给出了定位精度、最大速度等性能的测试方法和测试结果,从而进一步验证了所开发的永磁同步直线电机伺服系统的整体性能。


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