無位置傳感器永磁直線同步電機進給系統(tǒng)初始位置估計及控制研究.pdf

1、隨著裝備制造技術(shù)的不斷進步，傳統(tǒng)的進給系統(tǒng)越來越不能滿足高速、高精密機械加工的要求，而永磁直線同步電機(PMLSM)直接進給技術(shù)以高速、高精密、快響應、大行程等優(yōu)異的特性，在高速、高精密機械加工設備中得到了廣泛的應用。但現(xiàn)有永磁直線同步電機進給系統(tǒng)中都需要機械位置傳感器，位置傳感器的存在不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，而且還帶來了安裝和維護的困難。因此研究成本低、性能良好的無位置傳感器永磁直線同步電機進給系統(tǒng)成為近年來的一個研究熱點。

2、本文結(jié)合國家自然科學基金資助項目“無位置傳感器的高速精密直接進給系統(tǒng)研究(No.50475101)”為背景，以解決永磁直線同步電機進給系統(tǒng)無位置傳感器控制關(guān)鍵問題為主要目的，建立永磁直線同步電機進給系統(tǒng)無位置傳感器控制系統(tǒng)，并采用理論研究、計算機仿真與實驗研究相結(jié)合的研究方法，系統(tǒng)地進行算法分析、比較和優(yōu)化及相應的技術(shù)基礎(chǔ)研究與實驗研究。 第一章，闡述本論文研究的背景與重要意義，詳細介紹永磁直線同步電機進給系統(tǒng)無位置傳感器矢量控

3、制的研究及發(fā)展現(xiàn)狀，并指出永磁直線同步電機矢量控制與無位置傳感器技術(shù)存在的關(guān)鍵問題，概述論文研究的主要內(nèi)容。 第二章，在分析永磁直線同步電機空間矢量變換規(guī)律基礎(chǔ)上，建立永磁直線同步電機的d-q軸模型和α-β軸模型，提出PMLSM無位置傳感器矢量控制整體方案。同時，利用Matlab/Simulink軟件，構(gòu)建PMLSM無位置傳感器矢量控制仿真系統(tǒng)的基本模塊，為后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)。 第三章，分析進給系統(tǒng)初始位置估計對于無位置

4、傳感器PMLSM進給系統(tǒng)矢量控制的重要性及對電機平穩(wěn)啟動的必要性。提出利用繞組磁飽和效應檢測進給系統(tǒng)初始位置的方法，并用有限元方法分析求解PMLSM的繞組電感飽和特性，得到電感(電流響應)和位置的關(guān)系。闡述施加電壓脈沖矢量檢測初始位置方法的實現(xiàn)過程。實驗結(jié)果表明，該方法檢測精度可以達到7°電角度，完全滿足平穩(wěn)啟動的要求。 第四章，提出中高速時利用基于反電勢積分的估計算法，低速時利用狀態(tài)增廣的擴展卡爾曼濾波估計算法，并利用加權(quán)的方

5、法實現(xiàn)兩種算法的平滑過渡，取長補短地構(gòu)成一種復合估計算法。仿真結(jié)果表明，構(gòu)建的復合估計算法在全速范圍內(nèi)具有較好的動、靜態(tài)性能，受電機參數(shù)影響較小，能較好地估計電機速度和位置。 第五章，在分析PMLSM進給系統(tǒng)各種控制方法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，針對無位置傳感器控制反饋信號是通過估計得到的特點，設計無位置傳感器PMLSM進給系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)速度控制器和滑模變結(jié)構(gòu)最優(yōu)位置控制器，并分析所設計的速度和位置控制器的穩(wěn)定性與抗擾動能力。仿真結(jié)果表明

6、，設計的控制器具有很強的魯棒穩(wěn)定性和較好的抗擾動性能。 第六章，構(gòu)建無位置傳感器PMLSM進給系統(tǒng)軟、硬件系統(tǒng)，重點闡述電壓電流檢測裝置的構(gòu)成和工作原理、高速數(shù)字信號處理器(DSP)及其外圍電路的構(gòu)成和原理，以及采用DSP實現(xiàn)無位置傳感器PMLSM進給系統(tǒng)速度和位置估計算法的軟件實現(xiàn)方法。進行無位置傳感器進給系統(tǒng)速度和位置估計實驗，并和實測值進行比較和分析。結(jié)果表明，速度與位置估計值和實測值基本一致。 第七章，對本論文的