永磁直线电机直接推力控制系统的滑模控制研究

论文摘要

近年来,直接推力控制系统以其结构简单、推力响应快、不受转自参数影响等优点成为电机控制领域的研究热点。然而,由于直线电机对负载扰动和系统参数变化比较敏感,而且直线电机端部效应的存在增加了控制的难度,因此,设计控制精度高、易于实现、鲁棒性强的控制系统对于直线电机的推广应用具有很重要的实际意义。本文以永磁直线同步电机为研究对象,搭建了永磁直线电机的直接推力控制系统结构模型,并以此为基础分别研究了滑模控制器和无速度传感器的设计问题。论文主要研究工作包括以下三点：(1)结合滑模控制技术和RBF神经网络建模方法,设计了一种新颖的RBF神经滑模控制器,可以有效适应负载和参数的变化,提高控制系统的鲁棒性,并通过仿真实验进行了验证,取得了较好的控制效果。(2)针对滑模变结构控制的抖振问题,设计了基于趋近律的速度环滑模控制器,仿真实验显示,该控制器不仅可以有效消除滑模控制的抖振,而且有效的抑制了负载扰动,减小了速度超调量,提高了速度的跟踪性。(3)为了降低机械传感器产生的成本,本文设计了永磁直线电机直接推力控制系统的无速度传感器,仿真结果表明本文所设计的无速度传感器能够较准确快速的跟踪速度的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 直线电机简介
• 1.2.1 直线电机的发展历史
• 1.2.2 直线电机的原理结构及其分类
• 1.2.3 直线电机与旋转电机的相比具有的优点
• 1.3 直线电机的发展现状及其存在的问题
• 1.3.1 直线电机的发展现状
• 1.3.2 直线电机伺服控制系统存在的问题
• 1.4 直线电机控制策略
• 1.4.1 电力拖动自动控制系统
• 1.4.2 直线电机的经典控制策略
• 1.4.3 直线电机的现代控制策略
• 1.5 本文主要研究内容与章节安排
• 第2章 永磁直线同步电机直接推力控制系统的原理
• 2.1 永磁直线同步电机的数学模型
• 2.2 永磁直线同步电机直接推力控制原理
• 2.2.1 坐标变换
• 2.2.2 空间电压矢量
• 2.2.3 七段式电压空间矢量生成方法
• 2.2.4 扇区判断
• 2.2.5 空间电压矢量切换点的计算
• 2.2.6 空间电压矢量PWM波的产生
• 2.3 实验仿真与结果分析
• 2.4 小结
• 第3章 永磁直线同步电机神经滑模控制器设计
• 3.1 神经网络概述
• 3.1.1 发展历史
• 3.1.2 主要特点
• 3.1.3 神经元模型
• 3.1.4 学习过程
• 3.1.5 常见模型
• 3.2 RBF神经网络
• 3.2.1 特点
• 3.2.2 学习算法
• 3.3 滑模变结构控制
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 存在的问题
• 3.3.3 神经滑模控制器思想
• 3.4 永磁直线同步电机的神经滑模控制器设计
• 3.5 实验仿真与结果分析
• 3.6 小结
• 第4章 永磁直线电机的速度环滑模控制器设计
• 4.1 滑模变结构控制的设计方法
• 4.1.1 滑动模态存在性和可达条件
• 4.1.2 滑模变结构控制的设计方法
• 4.2 滑模趋近律
• 4.3 速度环滑模控制器设计
• 4.4 系统稳定性分析
• 4.5 实验仿真与结果分析
• 4.6 小结
• 第5章 永磁直线同步电机的无速度传感器设计
• 5.1 引言
• 5.2 无速度传感器的研究方法
• 5.3 基于滑模观测的无速度传感器方法
• 5.3.1 滑模观测器的一般设计方法
• 5.3.2 基于滑模观测器的无速度传感器设计
• 5.4 实验仿真与结果分析
• 5.5 小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文和成果