永磁球形电动机轨迹跟踪控制研究

作     者：宋振辉 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李洪凤

授予年度：2012年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：永磁球形电动机 动力学模型 计算力矩法 鲁棒控制法 轨迹跟踪控制 

摘      要：永磁球形电动机动力学系统是一个多变量、非线性、强耦合系统，外部扰动和模型误差的存在严重影响了其运动控制的效果，本文围绕这一热点问题展开了相应的研究工作。本文以永磁球形电动机轨迹跟踪控制为切入点，提出了两种相应的轨迹跟踪控制策略，分别是基于计算力矩法的永磁球形电动机轨迹跟踪控制策略，以及基于鲁棒控制法的永磁球形电动机轨迹跟踪控制策略，并且仿真验证了所提方法的有效性和可行性。 本文首先推导了两套笛卡尔坐标系，在此基础之上针对永磁球形电动机的结构特征，分别推导了永磁球形电动机的简化动力学模型以及较完整的动力学模型，并对两种模型的准确性进行了仿真比较分析，结果表明，较完整模型显著提高了模型的准确性。 其次以永磁球形电动机的较完整动力学模型为研究对象，采用了计算力矩法对其展开了轨迹跟踪控制方面的研究。分别从轨迹跟踪效果、轨迹跟踪误差比较、解耦效果、鲁棒性等角度展开分析，并且和传统的PD控制算法以及直接前馈补偿法在轨迹跟踪误差以及解耦效果方面进行了比较分析。仿真结果表明，此方法可有效地削弱各轴向间非线性交叉耦合的影响，对外部扰动和模型误差具有良好的鲁棒性，实现较理想的轨迹跟踪控制效果。 最后采用了鲁棒控制法对其完整的动力学模型进行了轨迹跟踪控制方面的研究。分别从系统的轨迹跟踪效果、轨迹跟踪误差比较、鲁棒性等角度展开相应的研究，并且与传统的PD控制算法、直接前馈补偿法以及计算力矩法进行了比较分析研究。仿真结果显示，此方法对外部干扰和模型误差具有优良的鲁棒性，实现较理想的轨迹跟踪控制效果，拓宽了永磁球形电动机运动控制研究的思路。