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永磁同步直線電機無E+E位置傳感器動子位置估計研究
傳統滾軸絲桿結合旋轉電機的驅動控制方式是工業控制中常見的產生直線運動的策略,其控制精度會由于中間轉換機構而減小,而永磁同步直線電機(PMSLM)由于其推力大、加速度高、動態響應好、定位精度高等優點逐漸被用于高速高精密加工機床中。為了實現PMSLM精確位置控制,能否獲得精確的直線電機動子實時運動位置至關重要。

永磁同步直線電機無E+E位置傳感器動子位置估計研究
直線電機閉環控制系統一般都是采用高分辨率的E+E位置傳感器來檢測直線電機動子的運動位置,如光柵尺,磁柵尺等。然而E+E位置傳感器對工作環境要求很高,需要額外的外部輔助電路模塊才能正常工作,此外對安裝工序的要求也很苛刻,。針對E+E位置傳感器給控制系統帶來的一系列弊端,將無E+E位置傳感器控制技術應用于永磁同步直線電機直接驅動控制系統中,克服了E+E位置傳感器給直線電機閉環驅動控制系統所帶來的局限性。本課題就無E+E位置傳感器控制技術對實現直線電機的動子運動位置估計進行了研究探討。首先,簡要分析了PMSLM的工作原理,基于坐標變換原則,推導了在dq和αβ坐標系下的PMSLM數學方程。針對傳統直線電機閉環驅動控制系統中E+E位置傳感器所帶來的弊端,提出了基于無E+E位置傳感器控制技術的PMSLM動子位置估計矢量控制系統。在PMSLM無E+E位置傳感器控制系統中,由于在初始上電時缺少額外的E+E位置傳感器來檢測直線電機的初始磁極位置,因此本文研究了PMSLM初始位置檢測方法以及PMSLM在沒有E+E位置傳感器時上電啟動方法。其次,在非線性系統狀態估計理論的基礎上,研究了PMSLM的無E+E位置傳感器控制技術。根據Kalman濾波器工作原理,研究了其另外一種形式,即擴展卡爾曼濾波算法(EKF),并且深入研究了EKF算法的工作原理,同時推導了其遞推計算公式。根據EKF算法的遞推結構,建立了PMSLM的狀態數學方程,同時在M MATLAB中搭建了基于EKF算法的PMSLM無E+E位置傳感器動子位置估計系統的仿真控制模型,仿真結果表明該算法能夠準確的估計直線電機動子的實時運動位置,在寬位置范圍內均能很好的跟蹤直線電機的動子位置,具有良好的動態響應和魯棒性。

永磁同步直線電機無E+E位置傳感器動子位置估計研究
zui后,搭建了實驗硬件控制平臺,結合半實物仿真控制系統AD5435對EKF動子位置估計算法進行了實驗驗證,通過實驗結果對EKF估計器的精度進行了分析,結果表明該算法用于永磁同步直線電機的動子位置估計是可行的,具有較好的跟隨性能。對PMSLM無E+E位置傳感器動子位置實時估計的研究在高速高精度直驅閉環控制系統領域中具有重要意義。