基于FOC的高精度直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用.pdf

1、上個(gè)世紀(jì)90年代中期以后,由于科學(xué)技術(shù)的日新月異,尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,帶來(lái)了電機(jī)本體及其相關(guān)學(xué)科的迅猛發(fā)展,使得電機(jī)的數(shù)字化控制替代傳統(tǒng)的模擬控制成為未來(lái)電機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)在精密定位領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用,特別是隨著數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)的發(fā)展,對(duì)具有高速、精密和快速反應(yīng)能力的直線伺服進(jìn)給技術(shù)(所謂的零傳動(dòng)方式)要求更加迫切。直線電機(jī)伺服系統(tǒng)與傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠”進(jìn)給方式相比,雖然消除了

2、機(jī)械傳動(dòng)鏈所帶來(lái)的一些不良影響,但卻增加了電氣電子控制上的難度。在要求高精度微進(jìn)給的場(chǎng)合,必須站在更高的層次上,考慮更多的攝動(dòng)與擾動(dòng)等不確定因素對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響,否則直線電機(jī)伺服系統(tǒng)將失去原來(lái)所希望的意義。因此,必須采用更有效的控制技術(shù),諸如使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片、實(shí)現(xiàn)電壓SPWM控制、電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制以及自適應(yīng)控制、神經(jīng)元控制、模糊控制這些現(xiàn)代的控制策略。用軟件和微電子器件取代精度要求很高而又笨重的機(jī)械部

3、件來(lái)獲得更高性能,無(wú)論如何是值得的。
　　本文面向高速高精密加工,基于磁場(chǎng)定向控制控制原理,對(duì)高精度直線電機(jī)平臺(tái)進(jìn)行研究,論文的主要內(nèi)容包括:
　　(1)討論了永磁同步直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,其中包括永磁同步直線電機(jī)電壓方程、磁鏈方程、輸出功率及推力方程、運(yùn)動(dòng)方程。
　　(2)提出了直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案,其中包括總體磁場(chǎng)定向控制(FOC)、電流i_d=0控制、電壓空間矢量控制(SVPWM)、三閉環(huán)(電流、

4、速度、位置)控制。
　　(3)進(jìn)行了直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì),其中包括;逆變器驅(qū)動(dòng)接口模塊保護(hù)電路、電流采樣模塊電路、故障檢測(cè)及保護(hù)模塊電路、鍵盤顯示模塊電路,并提出設(shè)計(jì)了外擴(kuò)ADC模塊電路,采用高精度外擴(kuò)ADC以提高系統(tǒng)控制精度,即從原有L_a、I_b電流采樣誤差0.9％降為0.2%~0.3%;其中逆變器驅(qū)動(dòng)接口模塊保護(hù)電路的設(shè)計(jì)使用了邏輯門組合,卻同時(shí)起到了放大和保護(hù)的雙重作用,無(wú)論從考慮逆變器的保護(hù)還是從節(jié)約成本來(lái)

5、看都具有不錯(cuò)的效果。
　　(4)進(jìn)行了直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),其中包括;系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)、空間電壓矢量原理分析和其DSP實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)外部中斷設(shè)計(jì)、上位機(jī)監(jiān)控程序界面設(shè)計(jì),而且提出了具有抗飽和積分效果的PID的參數(shù)設(shè)置方案,通過(guò)試驗(yàn),其對(duì)降低系統(tǒng)振蕩,減少系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間具有明顯作用,證明了方案的有效性和可行性。
　　(5)在MATLAB/Simulink對(duì)永磁同步直線電機(jī)進(jìn)行建模,并對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真,給出了定子