在现代工业生产中永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)扮演着极其重要的角色,相比于永磁同步电机,它不需要借助齿轮、丝杠等中间装置便可以产生直线往复运动,有着高速、高精、响应快、低噪音等特点,因...
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在现代工业生产中永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)扮演着极其重要的角色,相比于永磁同步电机,它不需要借助齿轮、丝杠等中间装置便可以产生直线往复运动,有着高速、高精、响应快、低噪音等特点,因而受到了广泛的应用。PMLSM自身是一个非线性、强耦合的多变量系统,对其数学模型难以精确建模,因此其对控制算法的控制性能要求较高。此外在实际控制系统中存在随机扰动,不同于旋转电机,这种干扰不经任何中间环节就会直接影响到PMLSM的动子上,这会严重影响PMLSM的速度和位移跟踪精度。传统的基于PI控制器的磁场定向控制算法,由于其动态性能和抗扰能力一般,有时难以满足在一些高性能场合的要求。本文以PMLSM调速系统为研究对象,旨在提高电流内环动态响应和转速外环抗扰能力,由此展开了以下相关研究:首先,为提升电机的动态性能,将模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法引入到电流内环设计当中。MPC因其结合了多步长预测、滚动循环优化和在线反馈校正等控制策略,具有动态响应快、鲁棒性强且能够处理多个非线性变量约束的特点,被广泛应用于电机控制领域。有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCSMPC)算法虽然结构简单,技术易于实现,但是一个采样周期仅作用一个电压矢量,因此三相电流中含有较多谐波从而导致转矩脉动过大。此外在进行多步预测的时候,FCSMPC需要在每个预测步长内对所有的开关变量进行遍历,这将会极大的增加处理器的计算负担。因此本文将二次规划算法引入到连续控制集模型预测算法中,一方面避免了FCSMPC算法会导致电流谐波和转矩脉动过大的问题,另一方面减小了多步MPC计算量过大的问题。其次为了提高转速外环的抗干扰能力,根据滑模控制算法抗扰能力强、鲁棒性好的特点,将预测控制思想与滑模控制思想结合在一起,设计了一种基于非奇异终端滑模预测控制算法的速度外环控制器,不仅提高了速度外环动态响应,还增强了速度外环的抗干扰能力。同时考虑到扰动很难通过传感器直接测量,本文还设计了一种扰动观测器,来对系统扰动进行观测,并将观测值前馈到外环控制器中,以便于控制器能够对扰动做出补偿,进一步提高了系统的抗干扰能力。最后考虑到仅仅根据Simulink仿真结果难以验证文中所提算法在实际的控制系统中也具有良好的控制性能。本文基于d SPACE平台搭建了一个半实物系统,设计了多组实验,结果表明文中所提算法具有较好的控制性能和工业应用前景。
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