繞組分段永磁直線同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制的研究.pdf

1、永磁直線同步電機(jī)（ Permanent magnet linear synchronous motor，PMLSM）因其具有力能指標(biāo)高、損耗小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床、高速運(yùn)輸、電磁彈射和提升系統(tǒng)等場(chǎng)合都有著廣泛的應(yīng)用前景。而繞組分段永磁直線同步電機(jī)（Segment winding PMLSM，SW-PMLSM），由于其初級(jí)繞組分段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，降低了直流母線的供電電壓，方便了電機(jī)的維護(hù)，提高了系統(tǒng)安全性。并且，通過(guò)有效的供電、控制

2、，可以降低電機(jī)損耗，提高系統(tǒng)效率。因此，實(shí)現(xiàn)SW-PMLSM的有效控制，對(duì)其應(yīng)用推廣具有積極的意義。
　　用于控制算法的電磁參數(shù)的精確度對(duì)伺服控制系統(tǒng)性能影響至關(guān)重要?？紤]到動(dòng)子位置變化對(duì) SW-PMLSM電磁參數(shù)的影響，根據(jù)有無(wú)動(dòng)子將電機(jī)模型分為有動(dòng)子區(qū)域和無(wú)動(dòng)子區(qū)域。基于電磁場(chǎng)理論對(duì)兩區(qū)域的電磁場(chǎng)進(jìn)行解析分析，得到動(dòng)子在不同位置時(shí)的氣隙磁密表達(dá)式。進(jìn)一步推導(dǎo)了單段電機(jī)的繞組自感、互感和兩段電機(jī)繞組間的互感，得到動(dòng)子位置變化對(duì)這

3、些電感的影響規(guī)律?；诖艌?chǎng)定向控制理論推導(dǎo)了直交軸電感受動(dòng)子位置變化的影響規(guī)律。同時(shí)基于反電勢(shì)產(chǎn)生機(jī)理，提出根據(jù)段邊界處兩段電機(jī)的反電勢(shì)獲取各段電機(jī)永磁體磁鏈的方法。另外，通過(guò)對(duì)一個(gè)波動(dòng)周期的定位力進(jìn)行仿真分析，得到定位力的諧波成分，并采用曲線擬合方法識(shí)別出定位力的變化規(guī)律，為定位力的補(bǔ)償控制奠定了基礎(chǔ)。
　　從電機(jī)推力動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的角度，本文在對(duì)多種電流控制策略進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，確定了將預(yù)測(cè)控制作為本課題 SW-PMLSM的電流

4、控制策略?；诖艌?chǎng)定向控制理論，分別推導(dǎo)了動(dòng)子在非共用區(qū)和共用區(qū)的SW-PMLSM的連續(xù)與離散系統(tǒng)模型，建立了 SW-PMLSM的運(yùn)動(dòng)方程表達(dá)式，完善了 SW-PMLSM的全程控制模型表達(dá)式，為電流預(yù)測(cè)控制奠定了理論基礎(chǔ)。在完成對(duì)逆變器模型、SW-PMLSM模型進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上，提出了一種基于電流誤差矢量的電流預(yù)測(cè)控制方法（CEVPC），提高了系統(tǒng)電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。鑒于CEVPC控制不能實(shí)現(xiàn)零電流誤差的缺點(diǎn)，兼顧 SVPWM的優(yōu)點(diǎn)，提

5、出了基于SVPWM的Deadbeat電流預(yù)測(cè)控制方法（SVPWM-DBPC）。通過(guò)矩陣與向量之積及dq平面電壓矢量的圖解形象地說(shuō)明了SVPWM-DBPC的原理。
　　預(yù)測(cè)控制為基于系統(tǒng)模型的控制方法，其控制效果與模型參數(shù)的準(zhǔn)確度直接相關(guān)。文中分別基于繞組電阻、直交軸電感和永磁體磁鏈三個(gè)參數(shù)的變化對(duì)CEVPC控制系統(tǒng)與SVPWM-DBPC控制系統(tǒng)性能的影響規(guī)律進(jìn)行分析；研究直流母線電壓限制和逆變器電流限制對(duì)系統(tǒng)性能的影響；并研究受限

6、制條件下，參考電壓矢量的調(diào)整方法。針對(duì)數(shù)字處理器存在延時(shí)問(wèn)題，剖析產(chǎn)生延時(shí)的機(jī)理，研究不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下各預(yù)測(cè)量的延時(shí)現(xiàn)象及其補(bǔ)償方法。
　　基于Flux軟件和Matlab軟件的聯(lián)合仿真平臺(tái)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。對(duì)基于CEVPC和SVPWM-DBPC的段間恒推力控制和段間勻速運(yùn)動(dòng)控制分別進(jìn)行仿真分析。搭建系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制硬件平臺(tái)，重點(diǎn)考慮關(guān)鍵單元電路的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵參數(shù)的選取，為系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供保障。分別對(duì)基于CEVPC和SVPWM

7、-DBPC的SW-PMLSM段間恒推力控制和段間勻速運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)所提方法加以驗(yàn)證。此外，對(duì)定子段非正確導(dǎo)通對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性能的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　理論分析、仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明：本文所提出的基于CEVPC和SVPWM-DBPC的SW-PMLSM控制系統(tǒng)，通過(guò)段間恒推力控制實(shí)現(xiàn)了全行程恒推力特性，適合于要求推力平穩(wěn)的應(yīng)用場(chǎng)合；而通過(guò)段間勻速運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了全行程勻速運(yùn)動(dòng)特性，適合于要求勻速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。另外，兩種運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)