本文關(guān)鍵詞：高精度直線電機(jī)模型辨識(shí)及控制研究

  更多相關(guān)文章： 永磁同步直線電機(jī) 紋波推力 端部效應(yīng) 齒槽效應(yīng) PID 參數(shù)整定

【摘要】：永磁同步直線電機(jī)(PMLSM)能夠直接提供直線推力,其直線型結(jié)構(gòu)使它不受離心力的約束,同時(shí)取消了旋轉(zhuǎn)電機(jī)與工作臺(tái)之間的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu),因此在需要直線驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合中,相比旋轉(zhuǎn)電機(jī),直線電機(jī)伺服控制系統(tǒng)可以獲得更大的運(yùn)行速度和加速度以及定位精度。直線電機(jī)的這些特性使它在軍事、交通、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊,特別是在數(shù)控機(jī)床中成果顯著。但是也因?yàn)橹本�電機(jī)的一些不足限制了其控制系統(tǒng)性能的提高,例如摩擦力和齒槽力以及直線電機(jī)特有的端部效應(yīng)等問(wèn)題。因此,分析限制直線電機(jī)性能提高的原因并研究解決方法具有重要的意義。本文在電磁場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上,研究了紋波推力和摩擦力等干擾產(chǎn)生的原因及其模型,建立了永磁同步直線電機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)其中重要的參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí),最后針對(duì)速度環(huán)和位置環(huán)設(shè)計(jì)了控制器。首先,從電磁場(chǎng)的角度探討了直線電機(jī)運(yùn)行時(shí)推力出現(xiàn)波動(dòng)的原因,通過(guò)解析法中的等效磁化電流方法建立PMLSM的氣隙磁場(chǎng)模型,并通過(guò)有限元分析方法建立電機(jī)的幾何模型得到了磁場(chǎng)分布曲線,證明紋波推力是端部效應(yīng)和齒槽效應(yīng)引起的。然后分析了摩擦力的形式及負(fù)載力、負(fù)載質(zhì)量對(duì)直線電機(jī)的影響,并利用坐標(biāo)變換推導(dǎo)出電磁推力方程,由此建立了完整的永磁同步直線電機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型。其次,對(duì)PMLSM動(dòng)力學(xué)模型中的主要參數(shù),通過(guò)帶有遺忘因子的遞推最小二乘算法來(lái)辨識(shí);而對(duì)紋波推力和摩擦力,因?yàn)閮烧叨际欠蔷�性形式,所以根據(jù)有限元分析法仿真得到的數(shù)據(jù),用頻譜分析方法辨識(shí)出它們的主要頻率。最后,將永磁同步直線電機(jī)應(yīng)用到控制系統(tǒng)中,研究了PMLSM閉環(huán)系統(tǒng)的控制策略,分別給速度環(huán)和位置環(huán)設(shè)計(jì)了PI和PID控制器,并且針對(duì)PID控制器的參數(shù)調(diào)節(jié)問(wèn)題,采用了工程設(shè)計(jì)法和遺傳算法兩種方法來(lái)整定控制器的參數(shù)。最后,在理論分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)MATLAB搭建PMLSM的控制系統(tǒng)模型和編寫(xiě)m程序,通過(guò)ANSOFT電磁分析軟件建立PMLSM的幾何模型,仿真永磁同步直線電機(jī)的電磁場(chǎng)、模型辨識(shí)和系統(tǒng)控制過(guò)程,對(duì)上述理論、辨識(shí)算法和控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步直線電機(jī) 紋波推力 端部效應(yīng) 齒槽效應(yīng) PID 參數(shù)整定
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM359.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題來(lái)源9
• 1.2 研究目的和意義9-11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.1 國(guó)外應(yīng)用與研究11-12
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用與研究12-13
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)框架13-16
• 第2章 永磁同步直線電機(jī)數(shù)學(xué)模型建立16-32
• 2.1 直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理16-17
• 2.2 永磁同步直線電機(jī)氣隙磁場(chǎng)模型17-22
• 2.2.1 常用的直線電機(jī)磁場(chǎng)分析方法17-18
• 2.2.2 等效磁化電流法分析結(jié)果18-20
• 2.2.3 有限元法分析結(jié)果20-22
• 2.3 永磁同步直線電機(jī)系統(tǒng)干擾分析22-26
• 2.3.1 齒槽效應(yīng)和端部效應(yīng)22-23
• 2.3.2 紋波推力分析與建模23-24
• 2.3.3 摩擦力分析與建模24-25
• 2.3.4 其他擾動(dòng)力25-26
• 2.4 永磁同步直線電機(jī)動(dòng)力學(xué)模型26-31
• 2.4.1 Park和Clarke坐標(biāo)變換26-29
• 2.4.2 永磁同步直線電機(jī)動(dòng)力學(xué)模型建立29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 永磁同步直線電機(jī)模型參數(shù)辨識(shí)32-48
• 3.1 電機(jī)參數(shù)辨識(shí)常用方法32-33
• 3.2 紋波推力和法向力頻率辨識(shí)33-38
• 3.2.1 Ansoft Maxwell仿真過(guò)程33-36
• 3.2.2 Ansoft Maxwell仿真結(jié)果36-38
• 3.3 永磁同步直線電機(jī)模型參數(shù)辨識(shí)38-43
• 3.3.1 輸入信號(hào)的選擇39-41
• 3.3.2 辨識(shí)算法的選擇41-43
• 3.4 參數(shù)辨識(shí)仿真43-47
• 3.4.1 速度環(huán)模型參數(shù)仿真43-44
• 3.4.2 位置環(huán)模型參數(shù)仿真44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 永磁同步直線電機(jī)閉環(huán)控制48-66
• 4.1 矢量控制和脈寬調(diào)制技術(shù)48-51
• 4.1.1 矢量控制48
• 4.1.2 空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)48-51
• 4.2 永磁同步直線電機(jī)的控制方法研究51-53
• 4.3 PID控制參數(shù)整定方法53-57
• 4.3.1 典型II型系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)方法53-54
• 4.3.2 遺傳算法PID參數(shù)尋優(yōu)方法54-57
• 4.4 控制器設(shè)計(jì)及仿真57-65
• 4.4.1 速度環(huán)控制器設(shè)計(jì)及仿真57-61
• 4.4.2 位置環(huán)控制器設(shè)計(jì)及仿真61-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 羅天資;陳衛(wèi)兵;鄒豪杰;李忠良;;直線電機(jī)模糊增量PID控制算法的研究[J];測(cè)控技術(shù);2011年02期

2 黃克峰;李槐樹(shù);周羽;;軸向充磁圓筒型永磁直線電機(jī)磁場(chǎng)解析[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2013年07期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 張穎;永磁同步直線電機(jī)磁阻力分析及控制策略研究[D];華中科技大學(xué);2008年

2 唐勇斌;精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用永磁直線同步電機(jī)的磁場(chǎng)分析與電磁力研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：953681