旋轉式音圈電機控制策略與驅動拓撲研究.pdf

1、旋轉式音圈電機因其具有線性控制、高定位精度、直接驅動等特點在精密位置伺服控制系統(tǒng)中得到廣泛應用，而近年來隨著應用環(huán)境的不斷升級和應用場景的不斷增加，對音圈電機的控制性能也提出越來越高的要求，研究高性能音圈電機控制系統(tǒng)顯得非常必要。
　　本文首先分析了旋轉式音圈電機的工作原理并建立了電機本體的數(shù)學模型。根據(jù)數(shù)學模型，進一步討論了在一定物理限制條件下的音圈電機極限動態(tài)性能，包括對正弦參考的幅值和相位跟蹤以及階躍響應的快速無超調最短響應

2、時間，這些動態(tài)性能指標直接決定了旋轉式音圈電機閉環(huán)控制效果和實際應用場合。
　　針對音圈電機動態(tài)模型建立困難以及位置控制精度要求高的特點，本文研究了基于自抗擾控制策略的音圈電機控制方案。分別分析了構成自抗擾控制的擴張狀態(tài)觀測器環(huán)節(jié)和反饋控制律環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，給出了具有參考輸入的自抗擾閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷條件。同時，在基于帶寬概念對系統(tǒng)極點進行配置前提下，對具有不同和相同擴張階數(shù)的擴張狀態(tài)觀測器性能進行了頻域和時域分析，并考察了擴

3、張階數(shù)、帶寬對觀測器性能的影響。分析了針對不同參考信號的線性反饋控制律閉環(huán)性能，結果表明適當?shù)膮?shù)配置可以將高階閉環(huán)系統(tǒng)等效為二階或一階系統(tǒng)，閉環(huán)控制性能更理想。在穩(wěn)定性和控制性能分析的基礎上，設計了旋轉式音圈電機的單級自抗擾控制策略和串級自抗擾控制策略，并與三閉環(huán)具有前饋的PID控制進行了仿真效果對比，結果表明串級自抗擾控制精度和位置帶寬更高，控制信號噪聲較小。
　　為了抑制電流紋波帶來的轉矩波動、噪聲和對位置精度的影響，在單雙