永磁直線同步電機(jī)自抗擾控制系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、永磁直線同步電機(jī)相比于其它類型的直線電機(jī)具有高速度、高精度、快響應(yīng)等優(yōu)勢，是一種極具競爭力的直驅(qū)電機(jī)，在數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人及半導(dǎo)體加工裝備等場合中擁有廣闊的應(yīng)用前景。自抗擾控制是一種采用非線性處理方法的新型實(shí)用控制技術(shù)，其核心思想是將影響被控對象動(dòng)態(tài)特性的外部作用歸結(jié)為“擾動(dòng)”加以觀測和補(bǔ)償，并利用高效的非線性狀態(tài)誤差反饋實(shí)現(xiàn)被控對象的“自抗擾”控制，具有很強(qiáng)的魯棒性和工程實(shí)用價(jià)值，是一種品質(zhì)更好、效率更高的控制技術(shù)。
　　 本文

2、對永磁直線同步電機(jī)受到的摩擦力和磁阻力進(jìn)行了分析，通過有限元數(shù)值計(jì)算和磁阻力測試實(shí)驗(yàn)得到了永磁直線同步電機(jī)的摩擦力和磁阻力模型，在此基礎(chǔ)之上建立了永磁直線同步電機(jī)考慮多重?cái)_動(dòng)力下的數(shù)學(xué)模型，并在MATLAB/Simulink中搭建了帶有多重?cái)_動(dòng)力的永磁直線同步電機(jī)仿真模型。針對實(shí)際系統(tǒng)中存在系統(tǒng)輸出測量噪聲的問題，對傳統(tǒng)的自抗擾控制算法做了改進(jìn)，在反饋通道上加入了帶有微分預(yù)測補(bǔ)償算法的跟蹤微分器，用以濾除系統(tǒng)輸出的測量噪聲，同時(shí)計(jì)算出輸

3、出的各階微分，代替擴(kuò)張狀態(tài)觀測器得到被控對象的狀態(tài)變量，從而提出了改進(jìn)型自抗擾控制算法。然后通過對永磁直線同步電機(jī)d-q軸電流狀態(tài)方程中耦合擾動(dòng)項(xiàng)的分析，給出了采用改進(jìn)型自抗擾控制算法的d-q軸電流自抗擾解耦控制器，將作用于電流動(dòng)態(tài)特性上的耦合項(xiàng)視為擾動(dòng)加以觀測和補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了電流自抗擾解耦控制。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用改進(jìn)型自抗擾控制能夠獲得優(yōu)于采用PID控制及傳統(tǒng)自抗擾控制的電流控制性能。
　　 本文利用改進(jìn)型自抗擾控制算法將

4、多重?cái)_動(dòng)力對直線電機(jī)的擾動(dòng)作用觀測并加以補(bǔ)償，先給出了一階速度自抗擾控制器，在此基礎(chǔ)上針對其中的不足，通過分析永磁直線同步電機(jī)的二階運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)一步提出了二階速度自抗擾控制器，仿真實(shí)驗(yàn)證明二階速度自抗擾控制具有更好的控制效果。然后針對多重?cái)_動(dòng)力對位置動(dòng)態(tài)特性的擾動(dòng)作用，給出了位置自抗擾控制器。文中分別給出了各自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)框圖和控制系統(tǒng)原理框圖，并在MATLAB/Simulink中建立了相應(yīng)的仿真模型，通過仿真對控制系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)

5、證。本文采用基于模型的設(shè)計(jì)方法，對永磁直線同步電機(jī)二階速度自抗擾控制系統(tǒng)進(jìn)行了包括快速原型系統(tǒng)測試、軟件在環(huán)測試及處理器在環(huán)測試在內(nèi)的系統(tǒng)半實(shí)物測試，在控制器實(shí)物做出之前對自抗擾控制算法及自動(dòng)生成的C代碼進(jìn)行了測試和驗(yàn)證。然后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以數(shù)字信號處理器（DSP）和可編程邏輯陣列芯片（FPGA）為核心處理器的永磁直線同步電機(jī)自抗擾控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的硬件和軟件，在該實(shí)驗(yàn)平臺上對本文提出的采用改進(jìn)型自抗擾控制算法的永磁直線同步電機(jī)電流、速度