永磁直線同步電機自抗擾控制系統(tǒng)及實驗研究.pdf

1、永磁直線同步電機相比于其它類型的直線電機具有高速度、高精度、快響應等優(yōu)勢，是一種極具競爭力的直驅電機，在數(shù)控系統(tǒng)、機器人及半導體加工裝備等場合中擁有廣闊的應用前景。自抗擾控制是一種采用非線性處理方法的新型實用控制技術，其核心思想是將影響被控對象動態(tài)特性的外部作用歸結為“擾動”加以觀測和補償，并利用高效的非線性狀態(tài)誤差反饋實現(xiàn)被控對象的“自抗擾”控制，具有很強的魯棒性和工程實用價值，是一種品質更好、效率更高的控制技術。
　　 本文

2、對永磁直線同步電機受到的摩擦力和磁阻力進行了分析，通過有限元數(shù)值計算和磁阻力測試實驗得到了永磁直線同步電機的摩擦力和磁阻力模型，在此基礎之上建立了永磁直線同步電機考慮多重擾動力下的數(shù)學模型，并在MATLAB/Simulink中搭建了帶有多重擾動力的永磁直線同步電機仿真模型。針對實際系統(tǒng)中存在系統(tǒng)輸出測量噪聲的問題，對傳統(tǒng)的自抗擾控制算法做了改進，在反饋通道上加入了帶有微分預測補償算法的跟蹤微分器，用以濾除系統(tǒng)輸出的測量噪聲，同時計算出輸

3、出的各階微分，代替擴張狀態(tài)觀測器得到被控對象的狀態(tài)變量，從而提出了改進型自抗擾控制算法。然后通過對永磁直線同步電機d-q軸電流狀態(tài)方程中耦合擾動項的分析，給出了采用改進型自抗擾控制算法的d-q軸電流自抗擾解耦控制器，將作用于電流動態(tài)特性上的耦合項視為擾動加以觀測和補償，從而實現(xiàn)了電流自抗擾解耦控制。仿真實驗結果表明采用改進型自抗擾控制能夠獲得優(yōu)于采用PID控制及傳統(tǒng)自抗擾控制的電流控制性能。
　　 本文利用改進型自抗擾控制算法將

4、多重擾動力對直線電機的擾動作用觀測并加以補償，先給出了一階速度自抗擾控制器，在此基礎上針對其中的不足，通過分析永磁直線同步電機的二階運動方程，進一步提出了二階速度自抗擾控制器，仿真實驗證明二階速度自抗擾控制具有更好的控制效果。然后針對多重擾動力對位置動態(tài)特性的擾動作用，給出了位置自抗擾控制器。文中分別給出了各自抗擾控制器的結構框圖和控制系統(tǒng)原理框圖，并在MATLAB/Simulink中建立了相應的仿真模型，通過仿真對控制系統(tǒng)進行了實驗驗

5、證。本文采用基于模型的設計方法，對永磁直線同步電機二階速度自抗擾控制系統(tǒng)進行了包括快速原型系統(tǒng)測試、軟件在環(huán)測試及處理器在環(huán)測試在內(nèi)的系統(tǒng)半實物測試，在控制器實物做出之前對自抗擾控制算法及自動生成的C代碼進行了測試和驗證。然后設計并實現(xiàn)了以數(shù)字信號處理器（DSP）和可編程邏輯陣列芯片（FPGA）為核心處理器的永磁直線同步電機自抗擾控制系統(tǒng)實驗平臺的硬件和軟件，在該實驗平臺上對本文提出的采用改進型自抗擾控制算法的永磁直線同步電機電流、速度