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段间移相六相永磁直线伺服电机控制系统的设计

刘班  
【摘要】: 现代高档数控机床对直线进给伺服系统的性能提出越来越高的要求,研究直线伺服电机直接驱动技术具有很重要的意义。本文分析了永磁直线伺服电机推力波动产生的原因,并针对大推力机床用永磁直线伺服电机短初级、长次级的特点以及多电机并行驱动结构安装的灵活性,引入“段间移相”思想,分析了其从电机设计角度可削弱端部效应推力波动的机理,并在此基础上从控制角度出发,对段间移相六相永磁直线伺服电机控制系统进行了设计。通过选择合理的控制策略,有效抑制了可能引起直线电机推力波动的其他扰动,进一步削弱了推力波动影响,同时改善了系统的鲁棒性、抗扰性和稳、动态性能。 端部效应是引起永磁直线伺服电机推力波动的主要原因,大推力多电机并行驱动场合的端部效应推力波动更为严重。为了削弱永磁直线伺服电机的推力波动,本文对两单元磁导调制式永磁直线伺服电机进行段间移相,使两电机端部效应推力波动中起主导作用的二次谐波成分正好反相抵消,从而达到削弱端部效应推力波动的目的。 除端部效应、齿槽效应、纹波推力能产生推力波动以外,负载扰动、系统的非线性和耦合性、动子质量和粘滞摩擦系数变化、永磁体充磁的不均匀性、环境温度和湿度改变引起电机电磁参数变化、时滞扰动等因素也会不可避免地引起推力波动。针对这些因素,分别基于PI、标准ADRC和新型简化ADRC三种控制器进行了控制系统仿真,进一步削弱了推力波动影响,同时改善了系统鲁棒性、抗扰性和稳、动态性能。 段间移相六相PMLSM控制系统拥有多相系统可靠性高、磁势谐波损耗减小、可用低压器件实现大功率和效率高等优点,且可消除电机端部效应推力波动中4 n±2次谐波成分。系统以矢量控制为核心,基于TMS320F2812 DSP搭建了硬件平台和软件框架,通过实验和仿真等手段验证了系统的有效性,为以后开发更先进的控制算法提供了可能。


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