永磁直线同步电机自适应变结构位置控制

论文摘要

直线电机伺服系统与传统的“旋转电机+滚珠丝杠”进给方式相比,虽然消除了机械传动所带来的一些不良影响,实现了将电能直接转化为机械能,但却大大的增加了电气控制上的难度。尤其是在精度要求相对较高的微进给场合,就必须站在更高的高度上,考虑更多的扰动等不确定因素对系统的影响,否则这种零传动将失去人们期望的意义。本文首先介绍了永磁直线电机及其相关控制技术的基本原理、发展过程和研究现状。接着介绍了当前几种先进的控制策略在永磁直线同步电机上的应用,并就各种控制策略优缺点行了分析和比较。在分析了永磁直线同步电机矢量变换控制的规律的基础上,建立了永磁直线同步电机的数学模型。并利用MATLAB/SIMULINK仿真软件实现永磁直线同步电机（PMLSM）位置信号的控制,对基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的永磁直线同步电机的矢量控制系统进行了仿真分析。仿真结果表明,此方法具有动态响应速度较快,实现起来简单方便等特点,但是推力和电流脉动较大,并且在负载推力突变时,系统的鲁棒性能不佳。针对矢量控制存在的问题,引入现代控制策略—变结构控制,利用自适应控制律对系统不确定性扰动因素的界限进行估算,设计了一种新型的自适应变结构位置控制器。利用MATLAB/SIMULINK仿真软件实现对加入自适应变结构位置控制的永磁直线同步电机（PMLSM）位置信号的控制。仿真结果表明,该控制方法具有良好的动态响应和位置跟踪性能,电流和推力脉动显著减小,在负载突变时,位置误差减小了一个数量级,速度波动降低了23%。在此基础上改变电机参数,系统性能未改变,仍表现出较好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 PMLSM 的多种控制策略优缺点比较
• 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 国内外的研究动态和目前的水平
• 1.3.1 滑模变结构控制的研究状况
• 1.3.2 滑模变结构控制在PMLSM 伺服中的应用
• 1.4 论文主要内容
• 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结构和工作原理
• 2.2 矢量控制基本思想
• 2.3 永磁直线同步电机的数学模型
• 2.4 矢量控制数学模型
• 2.5 空间电压矢量脉宽调制
• 2.5.1 空间电压矢量脉宽调制的基本原理
• 2.5.2 空间矢量调制的实现
• 2.6 基于SVPWM 永磁直线同步电机矢量控制系统仿真
• 第三章 永磁直线同步电机变结构位置控制器的设计
• 3.1 滑模变结构控制
• 3.1.1 滑动模态的概念
• 3.1.2 滑模变结构控制三个基本问题
• 3.1.3 滑模变结构控制性质
• 3.2 滑模变结构位置控制器的设计
• 3.2.1 变结构位置控制器的数学模型
• 3.2.2 稳定性证明
• 第四章 永磁直线同步电机自适应变结构位置控制系统
• 4.1 自适应变结构位置控制器的设计
• 4.1.1 自适应变结构位置控制器的数学模型
• 4.1.2 稳定性证明
• 4.2 PMLSM 自适应变结构控制系统的仿真及分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢