具有觀測器冗余的直線電機伺服系統(tǒng).pdf

1、基于永磁直線同步電機（PMLSM）的直線伺服系統(tǒng)是當前國內(nèi)外的研究熱點，因其具有直驅(qū)性（無需減速器與滾珠絲桿螺母副等機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)，直接驅(qū)動直線運動負載）、高速、高精度、大推力、加速度大、動態(tài)響應(yīng)迅速、可靠性高等特點，適用于各類高檔數(shù)控裝備以及要求高速高精度的各類直線運動控制場合，如大規(guī)模集成電路封裝設(shè)備，3D打印、3D雕刻、精密激光切割設(shè)備，高檔帶形材料糾偏控制系統(tǒng)等。為此，本文以LM系列PMLSM為研究對象，采用理論分析、計算機仿真與

2、實驗驗證相結(jié)合的研究方法，對PMLSM直線伺服系統(tǒng)進行了深入研究。
　　首先，介紹了PMLSM的數(shù)學模型和空間矢量脈沖調(diào)制技術(shù)（SVPWM）的原理，在此基礎(chǔ)上研究了基于PMLSM機理模型的參數(shù)辨識方法和基于i·d=0矢量控制系統(tǒng)中各個調(diào)節(jié)器類型選擇及其參數(shù)自整定方法。其中，電流調(diào)節(jié)器ACR采用PI調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器ASR采用變結(jié)構(gòu)P/PI調(diào)節(jié)器，位置調(diào)節(jié)器APR采用變參數(shù)P調(diào)節(jié)器。此外，為了提高系統(tǒng)對指令跟蹤的平穩(wěn)性而采用了一種非

3、線性余弦 S型指令給定方法。Matlab仿真結(jié)果表明，本文提出測控算法具有較好的參數(shù)辨識精度以及良好的控制效果，且在采用了S型指令給定形式后，在不影響系統(tǒng)動態(tài)快速性的前提下，系統(tǒng)的動態(tài)平穩(wěn)性得到顯著提高。
　　其次，設(shè)計了負載阻力觀測器和速度觀測器。負載阻力觀測器采用基于等效控制原理的滑模觀測器，以PMLSM運動方程為觀測模型，采用比例控制律，能對負載阻力實現(xiàn)無靜差觀測。速度觀測器采用基于反電勢的擴展滑模觀測器，以PMLSM的電流

4、狀態(tài)方程和反電勢狀態(tài)方程為觀測模型，采用比例控制律，反電勢觀測結(jié)果是連續(xù)的正弦變量，可直接用于速度計算。Matlab仿真結(jié)果表明，采用負載阻力觀測器后能提高系統(tǒng)的抗擾性能，采用速度觀測器后在高速時能有效觀測出實際速度，且對電機參數(shù)敏感性小。
　　然后，個人獨立完成了系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計。在硬件方面，根據(jù)功能的不同分為驅(qū)動板、光柵尺前置放大板和光柵尺細分板、控制板、人機界面板。其中，在設(shè)計光柵尺信號處理電路時，提出了一種基于方波相移

5、的正弦波式光柵尺信號細分方法，該方法從兩路方波信號的相對相位位移中提取出光柵尺位移信號，對光柵尺信號的正弦近似程度要求不嚴格。在軟件方面，對系統(tǒng)主程序、光柵尺細分檢測程序、SVPWM調(diào)制技術(shù)程序、PMLSM直線伺服系統(tǒng)的控制算法算程序、PMLSM的觀測器程序、人機界面程序進行了分析，并都給出了各程序的流程圖。
　　最后，根據(jù)上述硬件、軟件設(shè)計方案自行研制了PMLSM直線伺服驅(qū)動器產(chǎn)品化樣機，并搭建了實驗平臺。實驗結(jié)果表明：基于PM