永磁直线同步电机滑模变结构直接推力控制研究

论文摘要

直接推力控制是直接转矩控制理论在直线电机中的进一步应用。随着电力电子技术的发展,新型电力电子器件不断出现和高性能永磁材料的开发,特别是钕铁硼永磁材料性能的改善和价格的降低,使永磁直线同步电机在直接驱动系统的应用比旋转电机系统和其它直线电机具有更大的优势。首先,建立永磁直线同步电机推力数学模型,阐述直接推力控制的基本原理及实现方法,并对系统的推力和磁链进行了理论研究。用MATLAB/SIMULINK对系统进行仿真研究,结果表明控制系统具有良好的快速响应性能,但系统推力和磁链的脉动较大。其次,针对传统直接推力控制中磁链和推力脉动大的缺点,提出两种基于空间矢量调制技术的方法。一种是利用预测电压控制下一周期的磁链,并采用空间矢量调制,优化组合逆变器的开关状态,使输出电压尽量逼近预测电压。仿真结果表明推力和磁链的脉动明显减小。另一种是考虑直线电机的非线性和运行过程中电机参数及负载扰动的不确定性,将滑模变结构控制方法和空间矢量调制技术应用于直接推力控制系统,以提高系统的鲁棒性,仿真结果表明推力和磁链的脉动明显减小。将两种方法和传统直接推力控制系统进行仿真对比研究,结果表明采用预测电压和空间矢量调制技术方法,使系统输出的推力脉动为8.9%。采用滑模控制的直接推力控制系统推力脉动为4.1%,不仅保持了传统直接推力控制系统的快速响应性能,而且使系统具有更强的鲁棒性。最后,对永磁直线电机控制系统进行了少量的实验研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 直线伺服系统控制策略
• 1.2.1 传统控制策略
• 1.2.2 现代控制策略
• 1.2.3 智能控制策略
• 1.3 论文的主要内容
• 第二章 永磁直线同步电机数学模型
• 2.1 永磁直线同步电机基本结构及工作原理
• 2.2 永磁直线同步电机d-q轴方程
• 2.3 混合参考坐标系下推力数学模型
• 第三章 永磁直线同步电机直接推力控制
• 3.1 逆变器与空间电压矢量
• 3.1.1 电压型逆变器
• 3.1.2 空间电压矢量
• 3.2 开关电压矢量选择
• 3.3 直接推力控制基本原理和实现方法
• 3.3.1 直接推力控制基本原理
• 3.3.2 直接推力控制系统实现方法
• 3.4 永磁直线同步电机直接推力控制系统仿真
• 第四章 基于空间矢量调制的直接推力控制
• 4.1 预测电压控制
• 4.2 空间电压矢量调制
• 4.2.1 定子参考电压合成
• 4.2.2 扇区判断
• 4.2.3 空间电压矢量调制步骤
• 4.3 基于预测PI和SVC的直接推力控制系统
• 4.4 基于预测PI和SVC的直接推力控制系统仿真
• 第五章 滑模变结构直接推力控制
• 5.1 引言
• 5.2 滑模变结构控制
• 5.2.1 滑动模态的概念
• 5.2.2 滑模变结构控制三个基本问题
• 5.2.3 滑模变结构控制性质
• 5.3 滑模变结构控制器设计
• 5.3.1 积分滑模面选取
• 5.3.2 滑模控制率
• 5.3.3 滑模稳定性和抖振处理
• 5.4 滑模变结构直接推力控制系统实现
• 5.5 滑模变结构直接推力控制系统仿真
• 5.6 三种控制方法仿真对比分析
• 5.7 PMLSM控制系统实验研究
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢