基于FOC的高精度直線電機運動平臺的控制系統(tǒng)研究與應用.pdf

1、上個世紀90年代中期以后,由于科學技術的日新月異,尤其是計算機技術、微電子技術、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,帶來了電機本體及其相關學科的迅猛發(fā)展,使得電機的數(shù)字化控制替代傳統(tǒng)的模擬控制成為未來電機發(fā)展的必然趨勢。而直線驅(qū)動技術在精密定位領域中也得到了廣泛的應用,特別是隨著數(shù)控機床加工技術的發(fā)展,對具有高速、精密和快速反應能力的直線伺服進給技術(所謂的零傳動方式)要求更加迫切。直線電機伺服系統(tǒng)與傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機+滾珠絲杠”進給方式相比,雖然消除了

2、機械傳動鏈所帶來的一些不良影響,但卻增加了電氣電子控制上的難度。在要求高精度微進給的場合,必須站在更高的層次上,考慮更多的攝動與擾動等不確定因素對進給運動的影響,否則直線電機伺服系統(tǒng)將失去原來所希望的意義。因此,必須采用更有效的控制技術,諸如使用數(shù)字信號處理器(DSP)芯片、實現(xiàn)電壓SPWM控制、電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制以及自適應控制、神經(jīng)元控制、模糊控制這些現(xiàn)代的控制策略。用軟件和微電子器件取代精度要求很高而又笨重的機械部

3、件來獲得更高性能,無論如何是值得的。
　　本文面向高速高精密加工,基于磁場定向控制控制原理,對高精度直線電機平臺進行研究,論文的主要內(nèi)容包括:
　　(1)討論了永磁同步直線電機的數(shù)學模型,其中包括永磁同步直線電機電壓方程、磁鏈方程、輸出功率及推力方程、運動方程。
　　(2)提出了直線電機運動平臺的控制系統(tǒng)總體設計方案,其中包括總體磁場定向控制(FOC)、電流i_d=0控制、電壓空間矢量控制(SVPWM)、三閉環(huán)(電流、

4、速度、位置)控制。
　　(3)進行了直線電機運動控制系統(tǒng)的硬件電路設計,其中包括;逆變器驅(qū)動接口模塊保護電路、電流采樣模塊電路、故障檢測及保護模塊電路、鍵盤顯示模塊電路,并提出設計了外擴ADC模塊電路,采用高精度外擴ADC以提高系統(tǒng)控制精度,即從原有L_a、I_b電流采樣誤差0.9％降為0.2%~0.3%;其中逆變器驅(qū)動接口模塊保護電路的設計使用了邏輯門組合,卻同時起到了放大和保護的雙重作用,無論從考慮逆變器的保護還是從節(jié)約成本來

5、看都具有不錯的效果。
　　(4)進行了直線電機運動控制系統(tǒng)的軟件設計,其中包括;系統(tǒng)軟件總體設計、空間電壓矢量原理分析和其DSP實現(xiàn)、系統(tǒng)外部中斷設計、上位機監(jiān)控程序界面設計,而且提出了具有抗飽和積分效果的PID的參數(shù)設置方案,通過試驗,其對降低系統(tǒng)振蕩,減少系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間具有明顯作用,證明了方案的有效性和可行性。
　　(5)在MATLAB/Simulink對永磁同步直線電機進行建模,并對整個控制系統(tǒng)進行建模和仿真,給出了定子