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永磁同步直線電機(jī)無(wú)E+E位置傳感器動(dòng)子位置估計(jì)研究
傳統(tǒng)滾軸絲桿結(jié)合旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方式是工業(yè)控制中常見的產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的策略,其控制精度會(huì)由于中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)而減小,而永磁同步直線電機(jī)(PMSLM)由于其推力大、加速度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)逐漸被用于高速高精密加工機(jī)床中。為了實(shí)現(xiàn)PMSLM精確位置控制,能否獲得精確的直線電機(jī)動(dòng)子實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)位置至關(guān)重要。

永磁同步直線電機(jī)無(wú)E+E位置傳感器動(dòng)子位置估計(jì)研究
直線電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)一般都是采用高分辨率的E+E位置傳感器來(lái)檢測(cè)直線電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)位置,如光柵尺,磁柵尺等。然而E+E位置傳感器對(duì)工作環(huán)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(duì)安裝工序的要求也很苛刻,。針對(duì)E+E位置傳感器給控制系統(tǒng)帶來(lái)的一系列弊端,將無(wú)E+E位置傳感器控制技術(shù)應(yīng)用于永磁同步直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中,克服了E+E位置傳感器給直線電機(jī)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)所帶來(lái)的局限性。本課題就無(wú)E+E位置傳感器控制技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)的動(dòng)子運(yùn)動(dòng)位置估計(jì)進(jìn)行了研究探討。首先,簡(jiǎn)要分析了PMSLM的工作原理,基于坐標(biāo)變換原則,推導(dǎo)了在dq和αβ坐標(biāo)系下的PMSLM數(shù)學(xué)方程。針對(duì)傳統(tǒng)直線電機(jī)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中E+E位置傳感器所帶來(lái)的弊端,提出了基于無(wú)E+E位置傳感器控制技術(shù)的PMSLM動(dòng)子位置估計(jì)矢量控制系統(tǒng)。在PMSLM無(wú)E+E位置傳感器控制系統(tǒng)中,由于在初始上電時(shí)缺少額外的E+E位置傳感器來(lái)檢測(cè)直線電機(jī)的初始磁極位置,因此本文研究了PMSLM初始位置檢測(cè)方法以及PMSLM在沒(méi)有E+E位置傳感器時(shí)上電啟動(dòng)方法。其次,在非線性系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)理論的基礎(chǔ)上,研究了PMSLM的無(wú)E+E位置傳感器控制技術(shù)。根據(jù)Kalman濾波器工作原理,研究了其另外一種形式,即擴(kuò)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(shí)推導(dǎo)了其遞推計(jì)算公式。根據(jù)EKF算法的遞推結(jié)構(gòu),建立了PMSLM的狀態(tài)數(shù)學(xué)方程,同時(shí)在M MATLAB中搭建了基于EKF算法的PMSLM無(wú)E+E位置傳感器動(dòng)子位置估計(jì)系統(tǒng)的仿真控制模型,仿真結(jié)果表明該算法能夠準(zhǔn)確的估計(jì)直線電機(jī)動(dòng)子的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)位置,在寬位置范圍內(nèi)均能很好的跟蹤直線電機(jī)的動(dòng)子位置,具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和魯棒性。

永磁同步直線電機(jī)無(wú)E+E位置傳感器動(dòng)子位置估計(jì)研究
zui后,搭建了實(shí)驗(yàn)硬件控制平臺(tái),結(jié)合半實(shí)物仿真控制系統(tǒng)AD5435對(duì)EKF動(dòng)子位置估計(jì)算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)EKF估計(jì)器的精度進(jìn)行了分析,結(jié)果表明該算法用于永磁同步直線電機(jī)的動(dòng)子位置估計(jì)是可行的,具有較好的跟隨性能。對(duì)PMSLM無(wú)E+E位置傳感器動(dòng)子位置實(shí)時(shí)估計(jì)的研究在高速高精度直驅(qū)閉環(huán)控制系統(tǒng)領(lǐng)域中具有重要意義。