滑模反推式永磁直线同步电机控制策略研究

论文摘要

直线电机经过了一个多世纪的研究与发展,日益受到人们的重视,特别是高速加工技术的发展有效地促进了直线电机在数控机床上的成功应用。目前虽然国内一些厂家和研究单位已具备了设计制造直线电机的能力,但是直线电机伺服控制系统的开发与应用一直进展比较缓慢。本文以辽宁省自然科学基金项目:“高精度永磁直线给进伺服系统扰动抑制研究(项目批号20082042)”为背景,对永磁直线同步电机控制技术进行了研究,以下是本文的主要研究内容:第一章介绍了永磁直线同步电机工作基本原理和当前应用于永磁直线同步电机的主要控制策略并分析了优缺点。第二章建立永磁直线同步电机的数学模型和基于空间电压矢量的永磁直线同步电机的速度仿真控制系统。仿真结果表明,负载扰动和电机参数变化对伺服系统的精度和鲁棒性有着很大影响。第三章针对永磁直线同步电动机这一非线性系统,将反推控制应用在永磁直线同步电动机速度控制系统中。与矢量控制相比,提高了速度跟踪给定精度,其设计参数少,便于工程实现;另外反推控制是从Lyapunov稳定性出发来设计的,因此能够保证系统的稳定性。反推法的缺点是对不确定因素的变化具有一定的敏感性。第四章考虑永磁直线同步电动机实际运行过程中负载和电机参数的变化,提出了一种将滑模变结构控制和反推控制相结合的速度跟踪控制策略,能够实现快速的速度渐近跟踪,同时系统控制器能够保证系统性能在电动机参数和外界负载变化时具有较强的鲁棒性。第五章本系统以TI公司最新推出的TMS320F2812为控制核心,以富士公司的智能功率模块(IPM)6MBP50RA060为功率驱动核心,进行了硬件电路和软件流程图的设计。第六章总结了全文的主要研究成果,并展望了下一步的研究工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 直线电机的控制策略研究
• 1.3 本文主要研究工作
• 第二章 永磁直线同步电机矢量控制
• 2.1 永磁直线同步电机的基本工作原理
• 2.2 永磁直线同步电机的数学描述
• 2.3 矢量控制的基本思想
• 2.4 空间电压矢量脉宽调制
• 2.4.1 空间电压矢量原理
• 2.4.2 任意相位定子电压合成
• 2.4.3 空间电压矢量脉宽调制实现
• 2.5 基于SVPWM永磁直线同步电机矢量控制系统仿真与分析
• 第三章 基于反推永磁直线同步电机速度控制
• 3.1 反推设计法原理
• 3.2 永磁直线同步电动机反推控制
• 3.2.1 反推控制设计步骤
• 3.2.2 反推法控制实现
• 3.2.3 系统稳定性证明
• 3.3 系统仿真分析
• 第四章 永磁直线同步电机滑模反推速度控制
• 4.1 滑模控制基本理论
• 4.2 滑模反推控制器设计
• 4.3 系统的稳定性证明
• 4.4 系统仿真分析
• 第五章 永磁直线同步电机控制系统设计
• 5.1 控制系统硬件总体规划
• 5.1.1 控制系统硬件需求分析
• 5.1.2 TMS320F2812 概述
• 5.2 控制板电路
• 5.2.1 主电路设计
• 5.2.2 电流和速度检测电路设计
• 5.2.3 系统驱动电路
• 5.2.4 开关电源设计
• 5.3 控制系统软件设计
• 5.3.1 控制系统软件需求分析
• 5.3.2 控制系统软件流程
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢