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基于电压预测的直线永磁同步电机直接推力控制

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仪器仪表学报 2005年第12期26卷 1262-1266页

作者：邹积浩朱善安浙江大学电气工程学院杭州310027

直线永磁同步电机直接推力滞环控制,导致开关频率不定及稳态运行时会有明显的推力和磁链脉动产生。针对这些问题,提出了一种低脉动、快速动态响应、恒开关频率的直接推力电压矢量预测控制方法,该方法根据磁链及推力差预测下一时刻的参... 详细信息

直线永磁同步电机直接推力滞环控制,导致开关频率不定及稳态运行时会有明显的推力和磁链脉动产生。针对这些问题,提出了一种低脉动、快速动态响应、恒开关频率的直接推力电压矢量预测控制方法,该方法根据磁链及推力差预测下一时刻的参考电压,并采用空间矢量调制技术确定逆变器开关时间。仿真结果表明,与传统的DTC方法相比,该方法不但保持了快速响应的特点,且稳态运行时的磁链、推力脉动得到明显改善,开关频率也可根据需要在一定范围内进行选择。

关键词：直线永磁同步电机直接推力电压预测控制推力脉动

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直线永磁同步电机的新型滑模控制

电气自动化 2006年第6期28卷 3-5,73页

作者：仇翔俞立南余荣浙江工业大学信息工程学院杭州310014

针对直线永磁同步电机提出了一种基于负载推力观测器的新型滑模变结构控制,从而实现对推力扰动的补偿,且大大削弱了推力纹波及系统的抖振;在滑动模态中引入积分环节来进一步消除系统的稳态误差和系统抖振。仿真结果表明该方案能提高系... 详细信息

针对直线永磁同步电机提出了一种基于负载推力观测器的新型滑模变结构控制,从而实现对推力扰动的补偿,且大大削弱了推力纹波及系统的抖振;在滑动模态中引入积分环节来进一步消除系统的稳态误差和系统抖振。仿真结果表明该方案能提高系统对参数摄动和外在阻力扰动的鲁棒性。

关键词：直线永磁同步电机滑模变结构控制负载推力观测器

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直线永磁同步电机电感测试技术研究

直线永磁同步电机电感测试技术研究

作者：王立强哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

作为将电能直接变换为直线运动的机构，直线永磁同步电机不需要从旋转运动到直线运动转化的中间环节而实现对负载的直接驱动，具有定位精度高、响应速度快等优势特点。因此直线永磁同步电机正在成为高档数控机床的主要功能部件，在高精... 详细信息

作为将电能直接变换为直线运动的机构，直线永磁同步电机不需要从旋转运动到直线运动转化的中间环节而实现对负载的直接驱动，具有定位精度高、响应速度快等优势特点。因此直线永磁同步电机正在成为高档数控机床的主要功能部件，在高精数控机床、光刻机、IC制造装备等领域应用十分广泛。直线永磁同步电机电感的准确程度对电机特性及性能的计算精度、数学模型的准确度、运动控制系统的控制性能具有十分重要的影响，是研究其运行性能、驱动控制器设计的关键。为了解决传统电感测试方法的缺陷和不足，本文对直线永磁同步电机的电感测试方法进行了研究。首先，本文提出了一种直线永磁同步电机高精度电感测试方法，并对该方法进行了理论分析，提出了不同绕组连接方式的被测电机提出相应的电感测试方案。为获得直线永磁同步电机的仿真电感以便为测试结果提供参考，对被测样机电感进行了3D分析。其次，对直线永磁同步电机电感测试系统进行了整体结构设计，对所需的实验设备及器件进行选择，设计了电感测试系统中的信号采样电路和调理电路等硬件电路，并对自动测试系统进行软件开发。再次，应用电感测试新方法对被测样机进行参数测试实验，并将实验结果与有限元仿真进行对比，证明了测试新方法的正确性。对电感测试新方法及测试系统进行误差分析，证明了新方法的高精度性，并提出减小电感测试误差的方法。最后，通过新方法与传统测试方法中的直流衰减法及有限元仿真的对比分析，通过实验验证，说明了电感测试新方法的优越性。

关键词：电感测试直线永磁同步电机高精度误差分析

直线永磁同步电机伺服系统的智能神经网络控制研究

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直线永磁同步电机伺服系统的智能神经网络控制研究

作者：陈中威江西理工大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,由于科学技术的飞速发展,使得直线永磁同步电机得到了广泛的应用和发展。与传统的旋转电机相比,直线永磁同步电机具有结构简单、效率高、高精度、良好的可靠性等优势。因此在航空、航天、数控机床、加工中心以及机器人... 详细信息

进入21世纪以来,由于科学技术的飞速发展,使得直线永磁同步电机得到了广泛的应用和发展。与传统的旋转电机相比,直线永磁同步电机具有结构简单、效率高、高精度、良好的可靠性等优势。因此在航空、航天、数控机床、加工中心以及机器人等场合得到了广泛的应用。本文主要对直线永磁同步电机伺服系统进行了研究,选择直线永磁同步电机作为被控对象,针对直线永磁同步电机伺服系统本身存在的缺陷,对伺服系统的控制方案进行了优化设计。与经典的“旋转电机加滚珠丝杠”的进给方式相比较,虽然直线永磁同步电机伺服系统大大消除了机械传动所引起的不良影响,但却给直线永磁同步电机的控制带来了一定的难度,为了使直线永磁同步电机伺服系统取得良好的控制效果,寻求有效的控制策略已迫在眉睫。迄今为止,传统的PID控制依然是历史最为悠久、应用最为广泛的一种基本控制方式。但是直线永磁同步电机具有很强的非线性、时变不确定、难以建立精确的数学模型等特点,因此采用传统的PID控制已难以取得良好的控制效果。随着智能控制技术的不断发展,尤其是模糊控制以及神经网络控制的出现,为解决复杂非线性、时变不确定系统的控制问题开拓了新的视野。将传统的PID控制与模糊逻辑结合形成的模糊PID控制以及将RBF神经网络与传统的PID控制结合形成的RBF神经网络整定PID控制,都在一定程度上改善了直线永磁同步电机伺服系统的控制性能。虽然模糊PID控制、RBF神经网络整定PID控制都为直线永磁同步电机伺服系统的控制开拓了新的思路,但是在利用模糊控制和神经网络时要尽量克服自身存在的本质缺陷,比如模糊控制拘泥于控制规则的启发式调整,而神经网络则不能充分利用工程技术人员的经验知识,尤其是参数迭代算法容易陷入局部最小,甚至难以满足实时性控制。为了改善模糊控制和神经网络以上的缺陷和不足,本文提出了一种智能神经网络控制策略:以RBF神经网络作为伺服系统的辨识器,综合模糊控制、神经网络以及传统PID控制各自优点于一体所形成的智能神经网络作为控制器,参数优化算法采用经典的BP算法。利用MATLAB分别对传统PID控制、模糊PID控制、RBF神经网络整定PID控制以及智能神经网络控制进行仿真。仿真结果表明:本文提出的智能神经网络控制具有较好的鲁棒性和很强的跟踪性能。因此,将智能神经网络控制策略引入到直线永磁同步电机伺服系统的控制中,是一种行之有效的控制方法。

关键词：直线永磁同步电机 PID控制模糊PID控制 RBF神经网络智能神经网络控制

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直线永磁同步电机直接驱动控制算法的研究

直线永磁同步电机直接驱动控制算法的研究

作者：赵玉杰沈阳工业大学

学位级别：硕士

本文以直线永磁同步电机(LPMSM)伺服控制系统为研究对象。与传统的“旋转电动机+滚珠丝杠”进给方式相比，直线电机的直线伺服系统消除了机械运动变换机构所带来的不良影响。但负载的变化和外部扰动等因素将无衰减地直接影响系统的性... 详细信息

本文以直线永磁同步电机(LPMSM)伺服控制系统为研究对象。与传统的“旋转电动机+滚珠丝杠”进给方式相比，直线电机的直线伺服系统消除了机械运动变换机构所带来的不良影响。但负载的变化和外部扰动等因素将无衰减地直接影响系统的性能，而且直线电机的端部效应、系统的参数变化、摩擦阻力等非线性因素变化等，都会降低系统的伺服性能和机床加工精度。因此，必须采取有效的控制策略来克服这些因素的影响。对LPMSM伺服系统这类快速变化的非线性复杂系统，稳定性与鲁棒性是该系统的重要性能指标，人们已提出了各种控制方案优化系统性能。常规PID控制，虽然结构简单，能使系统获得良好的稳态精度，但是对系统参数变化及外部扰动的鲁棒性不够理想。本文针对直线伺服系统对速度的要求，设计了基于模型参考自适应的模糊滑模速度控制器。通过对系统的实际模型和参考模型的比较，将得到的参数变化看作是扰动，用滑模变结构控制方法来控制，从而代替对它们的辨识。通过满足滑模条件的控制量不断切换，来决定电动机的定子电流，使伺服系统对参数变化和外部扰动的变化有良好的鲁棒性，同时也减少了系统参数辨识的复杂性。抖动问题是阻碍滑模控制方法得以广泛应用的主要原因。因此，针对滑模控制方法所固有的抖动问题，采用模糊算法加以解决。该模糊算法的控制思想为：针对相轨迹运动点在相平面的位置，以及该点运动的速度和方向，在控制器原有控制量中加入可以调节的控制量，使得系统在保持滑模控制原有的鲁棒性的同时能很好的起到减小抖动的作用。同时，针对直线永磁同步电机在具有重复运动特性的轨迹跟踪系统中的应用，为满足伺服系统的跟踪控制的要求，提出了基于一种迭代学习控制的跟踪控制方法。该方法通过IP反馈保证了系统的稳定性基础上，设计了迭代学习前馈控制器，通过不断的简单重复迭代过程，来提高系统的跟踪精度，减小系统的跟踪误差。最后，对所提出的控制方案进行仿真。仿真结果证明了所提出的控制方法的有效性。

关键词：直线永磁同步电机滑模控制模糊控制迭代学习控制

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直线永磁同步电机力特性测试技术研究

直线永磁同步电机力特性测试技术研究

作者：张义哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

直线永磁同步电机能够以“零传动”的方式将电能直接转化为直线运动的机械能，将其应用于直接驱动领域时，相比于传统的驱动方式在速度、加速度和定位精度等方面有很大优势。在国外，使用直线永磁同步电机驱动的高速高精加工中心已经非... 详细信息

直线永磁同步电机能够以“零传动”的方式将电能直接转化为直线运动的机械能，将其应用于直接驱动领域时，相比于传统的驱动方式在速度、加速度和定位精度等方面有很大优势。在国外，使用直线永磁同步电机驱动的高速高精加工中心已经非常普遍，但是在我国，直线永磁同步电机性能的测试和评价技术一直缺乏成熟的标准，阻碍了直线永磁同步电机在一些高精度领域的使用。本文对直线永磁同步电机的力特性，即定位力、推力波动等的测试技术进行了研究，主要内容包括以下几个方面：首先，对直线永磁同步电机的力特性进行分析，以推力产生波动的主要原因为开端分别对直线永磁同步电机的纹波推力、齿槽定位力和端部定位力进行了解析分析，并对最终将用于测试实验的样机进行了定位力和推力的有限元仿真计算，解析分析和仿真计算为最终的测试实验结果分析提供理论基础和参考。其次，对直线永磁同步电机力特性的测试方案进行了研究，简单分析了基于直线伺服电机加载和基于旋转伺服电机加载的两种测试方案的特点，提出了一种基于直线电磁阻尼器加载的测试方案，并在基于旋转伺服电机加载的测试方案的基础上介绍了力特性的测试方法。再次，对基于旋转伺服电机加载的测试系统进行了设计，分析了测试的原理，通过建立其数学模型分析了其动态特性，并通过有限元仿真软件对测试系统的结构进行了模态分析和谐响应分析，从动力学分析的角度为测试系统的设计和使用提供了指导。最后，加工完成一套测试系统，在实验室条件下，进行力特性的测试实验，对测试实验结果进行分析，与前文的理论分析结果进行对比，以验证测试方法的正确性和测试系统的有效性，并对测试系统的误差进行分析。

关键词：直线永磁同步电机力特性分析测试方案旋转伺服电机加载实验研究

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直线永磁同步电机轨迹跟踪控制方法研究

直线永磁同步电机轨迹跟踪控制方法研究

作者：杨艳姿江南大学

学位级别：硕士

直线永磁同步电动机(LPMSM)是典型的多变量、参数时变的非线性控制对象,兼有永磁电动机和直线电动机的双重特点。与旋转电机相比,直线电机省去了中间转换机构,简化了整个装置或系统,保证了运行的可靠性,提高了传递效率,降低了制造成本,... 详细信息

直线永磁同步电动机(LPMSM)是典型的多变量、参数时变的非线性控制对象,兼有永磁电动机和直线电动机的双重特点。与旋转电机相比,直线电机省去了中间转换机构,简化了整个装置或系统,保证了运行的可靠性,提高了传递效率,降低了制造成本,易于维护;同时由于免受离心力的作用直线速度不受限制,并且噪声小,应用场合不受限制,散热效果好。与直线感应电动机相比,永磁直线同步电机的力能指标高、体积小、重量轻。但是由于其特殊的结构也导致了一些缺陷的存在,例如由于直线电机初级铁心两端开断,产生了所谓的边端效应,从而引起波纹畸变;其中间转换机构的省略也导致了系统受负载的变化和外部扰动影响的加重。因此对实现直线永磁同步电机高性能控制及广泛应用的研究具有重要的理论价值和现实意义。论文首先分析了直线永磁同步电机的结构和工作原理,在它的数学模型基础上,应用矢量控制方式搭建了系统的仿真模型,通过不同的速度范围仿真实验验证了该模型的实用性;同时针对直线电机特有的端部效应以及其他种种产生推力脉动的原因,通过实验方法建立了扰动的精确数学模型,并且应用最小二乘方法搭建了参数辨识及电流补偿的模块,充分抑制了推力脉动的形成。在对直线永磁同步电机进行控制的过程中,引入了预见前馈补偿控制,在介绍了这种最优预见控制理论的基础上,通过建立扩展的状态方程系统,把这种预见控制算法从单一的与最优数字控制相结合的局限里拓展丌来,使其能够与一般的反馈控制方法相结合,论文通过与PI控制相结合的方法进行了仿真,充分验证了添加前馈控制对系统精确轨迹跟踪控制的益处。

关键词：直线永磁同步电机推力脉动预见控制

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直线永磁同步电机鲁棒速度控制系统

直线永磁同步电机鲁棒速度控制系统

作者：俞希递上海交通大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术、微型计算机技术、微电子技术、稀土永磁材料技术以及现代控制理论的飞速发展,永磁同步电机在各种工业生产和生活中得到了广泛的运用,永磁同步电机正逐步代替直流电机、异步电机等在调速领域中的运用。而且传统的精密... 详细信息

随着电力电子技术、微型计算机技术、微电子技术、稀土永磁材料技术以及现代控制理论的飞速发展,永磁同步电机在各种工业生产和生活中得到了广泛的运用,永磁同步电机正逐步代替直流电机、异步电机等在调速领域中的运用。而且传统的精密车床的给进系统由于存在中间传动环节,一般性能很难提高。直线永磁同步电机不含中间转换装置就能实现直线运动,这样既克服了运动方式转换所带来的缺点,同时又提高了机床的动态特性和灵敏性。本论文以直线永磁同步电机的速度控制器作为研究对象。首先,介绍影响直线同步电机性能的设计考虑和工作原理,建立直线永磁同步电机的机电模型和数学方程。然后介绍空间矢量控制的原理和调制实现,鲁棒控制原理及其鲁棒速度控制器的设计,通过MATLAB软件平台仿真直线永磁同步控制系统。之后基于数字信号处理器TMS320LF2407进行硬件实现。最后,用C语言在CCS2000平台上编写相关的控制软件及其进行一些实验。

关键词：直线永磁同步电机鲁棒速度控制器空间矢量控制数字信号处理器

参考磁链动态生成的直线永磁同步电机直接推力控制

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电气传动 2005年第9期35卷 21-23页

作者：邹积浩朱善安浙江大学

目前在给定定子参考磁链直线永磁同步电机直接推力控制中,若给定参考磁链大于系统在最佳效率运行时所需的磁链值,造成实际电流的增加,由此带来电机热损增加,对电机绝缘提出了更高的要求,针对这些问题提出了采用根据电机最佳运行效率生... 详细信息

目前在给定定子参考磁链直线永磁同步电机直接推力控制中,若给定参考磁链大于系统在最佳效率运行时所需的磁链值,造成实际电流的增加,由此带来电机热损增加,对电机绝缘提出了更高的要求,针对这些问题提出了采用根据电机最佳运行效率生成定子参考磁链的控制方法,分别对隐极、凸极两种类型的直线永磁式交流伺服电动机的动态定子参考磁链的生成做了分析研究,并以隐极式直线永磁式交流伺服电动机为例做了仿真分析,结果证实了该方法对节能和提高效率的有效性。

关键词：直线永磁同步电机直接推力控制最佳运行效率参考磁链永磁同步电机推力控制磁链直线动态生成交流伺服电动机