具有觀測(cè)器冗余的直線電機(jī)伺服系統(tǒng).pdf

1、基于永磁直線同步電機(jī)（PMLSM）的直線伺服系統(tǒng)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，因其具有直驅(qū)性（無(wú)需減速器與滾珠絲桿螺母副等機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，直接驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)負(fù)載）、高速、高精度、大推力、加速度大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速、可靠性高等特點(diǎn)，適用于各類高檔數(shù)控裝備以及要求高速高精度的各類直線運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合，如大規(guī)模集成電路封裝設(shè)備，3D打印、3D雕刻、精密激光切割設(shè)備，高檔帶形材料糾偏控制系統(tǒng)等。為此，本文以LM系列PMLSM為研究對(duì)象，采用理論分析、計(jì)算機(jī)仿真與

2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，對(duì)PMLSM直線伺服系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。
　　首先，介紹了PMLSM的數(shù)學(xué)模型和空間矢量脈沖調(diào)制技術(shù)（SVPWM）的原理，在此基礎(chǔ)上研究了基于PMLSM機(jī)理模型的參數(shù)辨識(shí)方法和基于i·d=0矢量控制系統(tǒng)中各個(gè)調(diào)節(jié)器類型選擇及其參數(shù)自整定方法。其中，電流調(diào)節(jié)器ACR采用PI調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器ASR采用變結(jié)構(gòu)P/PI調(diào)節(jié)器，位置調(diào)節(jié)器APR采用變參數(shù)P調(diào)節(jié)器。此外，為了提高系統(tǒng)對(duì)指令跟蹤的平穩(wěn)性而采用了一種非

3、線性余弦 S型指令給定方法。Matlab仿真結(jié)果表明，本文提出測(cè)控算法具有較好的參數(shù)辨識(shí)精度以及良好的控制效果，且在采用了S型指令給定形式后，在不影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)快速性的前提下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)性得到顯著提高。
　　其次，設(shè)計(jì)了負(fù)載阻力觀測(cè)器和速度觀測(cè)器。負(fù)載阻力觀測(cè)器采用基于等效控制原理的滑模觀測(cè)器，以PMLSM運(yùn)動(dòng)方程為觀測(cè)模型，采用比例控制律，能對(duì)負(fù)載阻力實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差觀測(cè)。速度觀測(cè)器采用基于反電勢(shì)的擴(kuò)展滑模觀測(cè)器，以PMLSM的電流

4、狀態(tài)方程和反電勢(shì)狀態(tài)方程為觀測(cè)模型，采用比例控制律，反電勢(shì)觀測(cè)結(jié)果是連續(xù)的正弦變量，可直接用于速度計(jì)算。Matlab仿真結(jié)果表明，采用負(fù)載阻力觀測(cè)器后能提高系統(tǒng)的抗擾性能，采用速度觀測(cè)器后在高速時(shí)能有效觀測(cè)出實(shí)際速度，且對(duì)電機(jī)參數(shù)敏感性小。
　　然后，個(gè)人獨(dú)立完成了系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)。在硬件方面，根據(jù)功能的不同分為驅(qū)動(dòng)板、光柵尺前置放大板和光柵尺細(xì)分板、控制板、人機(jī)界面板。其中，在設(shè)計(jì)光柵尺信號(hào)處理電路時(shí)，提出了一種基于方波相移

5、的正弦波式光柵尺信號(hào)細(xì)分方法，該方法從兩路方波信號(hào)的相對(duì)相位位移中提取出光柵尺位移信號(hào)，對(duì)光柵尺信號(hào)的正弦近似程度要求不嚴(yán)格。在軟件方面，對(duì)系統(tǒng)主程序、光柵尺細(xì)分檢測(cè)程序、SVPWM調(diào)制技術(shù)程序、PMLSM直線伺服系統(tǒng)的控制算法算程序、PMLSM的觀測(cè)器程序、人機(jī)界面程序進(jìn)行了分析，并都給出了各程序的流程圖。
　　最后，根據(jù)上述硬件、軟件設(shè)計(jì)方案自行研制了PMLSM直線伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品化樣機(jī)，并搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于PM