基于諧振二自由度的永磁同步直線電機(jī)電流諧波抑制研究.pdf

1、在直線進(jìn)給運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)方案中，永磁同步直線電機(jī)(PMSLM)因其具有大推力、大行程、高加速度、定位精度高等特點(diǎn)逐步取代了同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)合滾軸絲桿、同步帶的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，被普遍用于高精密的加工應(yīng)用場合。
　　精度是衡量激光雕刻機(jī)、3D打印機(jī)等數(shù)控機(jī)床的一個重要性能指標(biāo)。對于一個PMSLM控制系統(tǒng)，電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，電流的質(zhì)量好壞決定了推力的平穩(wěn)性、數(shù)控機(jī)床定位的精度。電流諧波成分越多，電機(jī)控制系統(tǒng)的推力波動越大，系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性越差，數(shù)

2、控機(jī)床定位精度越差。因此，本論文提出了一種諧振二自由度PID控制算法，對PMSLM的電流諧波進(jìn)行了抑制。其具體包括以下幾個方面的研究。
　　1、圍繞PMSLM位置、速度、電流三閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)的研究，首先，分別推導(dǎo)了PMSLM在三種坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。接著，對SVPWM技術(shù)進(jìn)行了闡述與仿真。然后，采用磁定位法作為PMSLM初始位置檢測方法，保證了PMSLM控制系統(tǒng)的正常啟動。最后，基于矢量控制的基本原理、建立了基于Id*=0的PM

3、SLM三閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。為下文諧波抑制算法的仿真研究以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證打下基礎(chǔ)。
　　2、受到諸如逆變器死區(qū)效應(yīng)等非線性因素的影響，PMSLM相電流會存在諧波成分，進(jìn)而產(chǎn)生推力波動。因此，為了抑制該電流諧波成分，本論文首先對電流諧波成分進(jìn)行了分析。然后，將廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)系統(tǒng)濾波的諧振控制器引入到電機(jī)控制系統(tǒng)的電流環(huán)控制器中，利用其在諧振頻率點(diǎn)的高增益特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電流諧波的抑制，實(shí)現(xiàn)無靜差的跟蹤輸入信號。接著，針對諧振控制器在諧波抑制的過

4、程中所產(chǎn)生的超調(diào)響應(yīng)，本論文采用二自由度(2DOF)控制算法解決該超調(diào)響應(yīng)。最后，本論文結(jié)合諧振控制器、2DOF控制算法，提出了一種諧振二自由度(resonant-2DOF)PID控制算法，設(shè)計了一種resonant-2DOF PID控制器，仿真結(jié)果證明了本論文提出的resonant-2DOF PID控制算法的正確性與有效性。
　　3、為了優(yōu)化本論文所設(shè)計的resonant-2DOF PID控制器參數(shù)，首先介紹了差分進(jìn)化(DE)算

5、法的原理;在此基礎(chǔ)上，建立了基于DE算法優(yōu)化resonant-2DOF PID控制器參數(shù)的仿真控制模型，得到了一組最優(yōu)Kp、Ki、Kd值。最后，為了驗(yàn)證resonant-2DOF PID控制算法能夠抑制電流諧波的目的，建立了基于resonant-2DOF的PMSLM電流諧波抑制仿真模型，并將通過DE算法所得的Kp、Ki、Kd代入resonant-2DOF PID控制器以及傳統(tǒng)PID控制器當(dāng)中，與傳統(tǒng)PID控制算法進(jìn)行對比仿真實(shí)驗(yàn)。