高精度永磁直线同步电机的控制研究

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直线电机是一种无需中间传动环节即可直接产生直线运动能的机电装置,因此这种电机具有速度快、结构简单、效率高和易于维护等特点。尤其是永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)具有力能指标高、体积小、损耗低等优点,因而逐渐在许多领域中得到广泛了应用。目前,PMLSM主要用于高精度快速响应的直线式交流伺服系统中,然而直线电机所特有的推力波动却有碍于高精度的实现。近年来,国内外的许多研究人员都开始重视并研究抑制推力波动给直线电机所带来的不利影响。本文以PMLSM为研究对象,围绕推力波动等不利因素设计直线伺服系统的控制策略,取得主要成果如下:  (1)针对 PID控制难以胜任在持续扰动情况下的实时控制,引入径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络参与整定PID控制器参数,从而构建具有自适应功能的PID控制器。此外,为兼顾系统跟踪性能和抗干扰性能,借鉴复合控制的思想设计了一种双模控制结构。仿真实验验证了该控制策略的有效性。  (2)对滑模变结构控制中的“抖振”现象进行了分析,从传统滑模变结构控制策略出发,设计了一种分段参数自适应滑模变结构控制策略和一种基于神经网络改进的滑模变结构控制策略。通过仿真实验,验证了两种改进的滑模变结构控制策略都可以在保证系统抗干扰能力的同时,削弱“抖振”现象。  (3)在直线电机实验平台上对PMLSM进行实物控制实验,包括验证实验和PID控制的改进实验。实验中发现,在普通PID控制的作用下,系统跟踪存在明显的相位滞后。因此引入了速度/加速度前馈以保证系统的跟踪精度。另外,针对推力波动带来的不利影响,设计了一个推力波动补偿环节。通过实验验证,该补偿环节可以有效减小系统的跟踪误差。
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