基于两种通电策略的永磁球形电动机控制研究

作     者：李伟健 

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：2016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 摩擦转矩模型 静态转矩模型 鲁棒控制方法 球面规划的通电策略 自适应滑模控制方法 优化通电策略 

摘      要：永磁球形电动机系统具有多变量、非线性、强耦合的特点,外部扰动、摩擦转矩的存在严重影响了其控制的效果。并且由于球形电动机复杂的结构导致其电磁转矩与线圈电流输入关系的复杂性,致使目前的研究中球形电动机的动力学控制和电流控制很难做到很好的结合。动力学控制的研究中往往没有明确的通电策略,在通电策略的研究中又经常脱离动力学控制。针对摩擦项严重影响了其运动控制的效果这方面,提出两种动力学控制方法抑制摩擦对轨迹跟踪的干扰。针对动力学控制和电流控制的结合这方面,运用两种通电策略,分别实现了球形电动机任意位置的切换和最小定子线圈损耗下的永磁球形电动机自转和偏航的运行。首先,根据球形电动机的结构,建立其静态转矩模型,并在球形电动机动力学模型的基础上,根据球形电动机和支撑部件的结构,建立具有三个自由度的球形电动机摩擦转矩模型。根据静态转矩模型、动力学模型和摩擦转矩模型,从而得到较为完整的球形电动机的模型。然后,为了抑制摩擦对轨迹跟踪的干扰,提出一种鲁棒控制方法并结合一种基于球面规划的通电策略,对球形电动机的轨迹跟踪进行实时准确的控制,以实现球形电动机任意位置的切换。仿真结果表明文中提出的鲁棒轨迹跟踪控制具有一定的优越性,也验证了此通电策略的可行性。最后,将球形电动机三个自由度的运动分解,单独研究了其自转、偏航运动。根据永磁球形电动机的静态转矩特性,提出了基于定子线圈分相的优化通电策略,以实现在定子线圈最小损耗下的球形电动机自转和偏航的运动。同时结合一种带有摩擦补偿的自适应滑模控制方法对其轨迹跟踪进行实时准确的控制。