永磁同步直線電機(jī)無(wú)位置傳感器動(dòng)子位置估計(jì)研究.pdf

1、傳統(tǒng)滾軸絲桿結(jié)合旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方式是工業(yè)控制中常見(jiàn)的產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的策略，其控制精度會(huì)由于中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)而減小，而永磁同步直線電機(jī)(PMSLM)由于其推力大、加速度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)逐漸被用于高速高精密加工機(jī)床中。為了實(shí)現(xiàn)PMSLM精確位置控制，能否獲得精確的直線電機(jī)動(dòng)子實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)位置至關(guān)重要。
　　直線電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)一般都是采用高分辨率的位置傳感器來(lái)檢測(cè)直線電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)位置，如光柵尺，磁柵尺等。然而位置傳感器對(duì)工

2、作環(huán)境要求很高，需要額外的外部輔助電路模塊才能正常工作，此外對(duì)安裝工序的要求也很苛刻，針對(duì)位置傳感器給控制系統(tǒng)帶來(lái)的一系列弊端，將無(wú)位置傳感器控制技術(shù)應(yīng)用于永磁同步直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中，克服了位置傳感器給直線電機(jī)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)所帶來(lái)的局限性。本課題就無(wú)位置傳感器控制技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)的動(dòng)子運(yùn)動(dòng)位置估計(jì)進(jìn)行了研究探討。
　　首先，簡(jiǎn)要分析了PMSLM的工作原理，基于坐標(biāo)變換原則，推導(dǎo)了在dq和αβ坐標(biāo)系下的PMSLM數(shù)學(xué)方程

3、。針對(duì)傳統(tǒng)直線電機(jī)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中位置傳感器所帶來(lái)的弊端，提出了基于無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的PMSLM動(dòng)子位置估計(jì)矢量控制系統(tǒng)。在PMSLM無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)中，由于在初始上電時(shí)缺少額外的位置傳感器來(lái)檢測(cè)直線電機(jī)的初始磁極位置，因此本文研究了PMSLM初始位置檢測(cè)方法以及PMSLM在沒(méi)有位置傳感器時(shí)上電啟動(dòng)方法。
　　其次，在非線性系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)理論的基礎(chǔ)上，研究了PMSLM的無(wú)位置傳感器控制技術(shù)。根據(jù)Kalman濾波器工作原理，

4、研究了其另外一種形式，即擴(kuò)展卡爾曼濾波算法(EKF)，并且深入研究了EKF算法的工作原理，同時(shí)推導(dǎo)了其遞推計(jì)算公式。根據(jù)EKF算法的遞推結(jié)構(gòu)，建立了PMSLM的狀態(tài)數(shù)學(xué)方程，同時(shí)在MATLAB中搭建了基于EKF算法的PMSLM無(wú)位置傳感器動(dòng)子位置估計(jì)系統(tǒng)的仿真控制模型，仿真結(jié)果表明該算法能夠準(zhǔn)確的估計(jì)直線電機(jī)動(dòng)子的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)位置，在寬位置范圍內(nèi)均能很好的跟蹤直線電機(jī)的動(dòng)子位置，具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和魯棒性。
　　最后，搭建了實(shí)驗(yàn)硬件控