無(wú)位置傳感器永磁直線同步電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)初始位置估計(jì)及控制研究.pdf

1、隨著裝備制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的進(jìn)給系統(tǒng)越來(lái)越不能滿足高速、高精密機(jī)械加工的要求，而永磁直線同步電機(jī)(PMLSM)直接進(jìn)給技術(shù)以高速、高精密、快響應(yīng)、大行程等優(yōu)異的特性，在高速、高精密機(jī)械加工設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。但現(xiàn)有永磁直線同步電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)中都需要機(jī)械位置傳感器，位置傳感器的存在不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，而且還帶來(lái)了安裝和維護(hù)的困難。因此研究成本低、性能良好的無(wú)位置傳感器永磁直線同步電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)成為近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

2、本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“無(wú)位置傳感器的高速精密直接進(jìn)給系統(tǒng)研究(No.50475101)”為背景，以解決永磁直線同步電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)無(wú)位置傳感器控制關(guān)鍵問(wèn)題為主要目的，建立永磁直線同步電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，并采用理論研究、計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的研究方法，系統(tǒng)地進(jìn)行算法分析、比較和優(yōu)化及相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)研究與實(shí)驗(yàn)研究。 第一章，闡述本論文研究的背景與重要意義，詳細(xì)介紹永磁直線同步電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)無(wú)位置傳感器矢量控

3、制的研究及發(fā)展現(xiàn)狀，并指出永磁直線同步電機(jī)矢量控制與無(wú)位置傳感器技術(shù)存在的關(guān)鍵問(wèn)題，概述論文研究的主要內(nèi)容。 第二章，在分析永磁直線同步電機(jī)空間矢量變換規(guī)律基礎(chǔ)上，建立永磁直線同步電機(jī)的d-q軸模型和α-β軸模型，提出PMLSM無(wú)位置傳感器矢量控制整體方案。同時(shí)，利用Matlab/Simulink軟件，構(gòu)建PMLSM無(wú)位置傳感器矢量控制仿真系統(tǒng)的基本模塊，為后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)。 第三章，分析進(jìn)給系統(tǒng)初始位置估計(jì)對(duì)于無(wú)位置

4、傳感器PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)矢量控制的重要性及對(duì)電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)的必要性。提出利用繞組磁飽和效應(yīng)檢測(cè)進(jìn)給系統(tǒng)初始位置的方法，并用有限元方法分析求解PMLSM的繞組電感飽和特性，得到電感(電流響應(yīng))和位置的關(guān)系。闡述施加電壓脈沖矢量檢測(cè)初始位置方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法檢測(cè)精度可以達(dá)到7°電角度，完全滿足平穩(wěn)啟動(dòng)的要求。 第四章，提出中高速時(shí)利用基于反電勢(shì)積分的估計(jì)算法，低速時(shí)利用狀態(tài)增廣的擴(kuò)展卡爾曼濾波估計(jì)算法，并利用加權(quán)的方

5、法實(shí)現(xiàn)兩種算法的平滑過(guò)渡，取長(zhǎng)補(bǔ)短地構(gòu)成一種復(fù)合估計(jì)算法。仿真結(jié)果表明，構(gòu)建的復(fù)合估計(jì)算法在全速范圍內(nèi)具有較好的動(dòng)、靜態(tài)性能，受電機(jī)參數(shù)影響較小，能較好地估計(jì)電機(jī)速度和位置。 第五章，在分析PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)各種控制方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)無(wú)位置傳感器控制反饋信號(hào)是通過(guò)估計(jì)得到的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)無(wú)位置傳感器PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)速度控制器和滑模變結(jié)構(gòu)最優(yōu)位置控制器，并分析所設(shè)計(jì)的速度和位置控制器的穩(wěn)定性與抗擾動(dòng)能力。仿真結(jié)果表明

6、，設(shè)計(jì)的控制器具有很強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定性和較好的抗擾動(dòng)性能。 第六章，構(gòu)建無(wú)位置傳感器PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)軟、硬件系統(tǒng)，重點(diǎn)闡述電壓電流檢測(cè)裝置的構(gòu)成和工作原理、高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)及其外圍電路的構(gòu)成和原理，以及采用DSP實(shí)現(xiàn)無(wú)位置傳感器PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)速度和位置估計(jì)算法的軟件實(shí)現(xiàn)方法。進(jìn)行無(wú)位置傳感器進(jìn)給系統(tǒng)速度和位置估計(jì)實(shí)驗(yàn)，并和實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較和分析。結(jié)果表明，速度與位置估計(jì)值和實(shí)測(cè)值基本一致。 第七章，對(duì)本論文的