基于自适应观测器的永磁直线同步电机滑模变结构控制研究

摘要

永磁直线同步电机在直线驱动中具有诸多优势，在高精度的直线驱动设备中应用广泛。直线电机自身的特殊结构会引起边端效应，永磁直线同步电机中存在较为复杂的推力扰动，传统电机控制方法很难达到预期效果。
　　本文从直线电机与旋转电机的内在联系出发，系统地分析了永磁直线同步电机在旋转坐标系中的数学模型，获得磁路不对称引起的电磁推力扰动特性。基于此在Simulink平台建立了较为准确的永磁直线同步电机模型并进行了仿真验证，为后续研究提供一个可靠且准确的对象。永磁直线同步电机矢量控制中仍存在电磁推力波动，针对这一问题，本文采用直接推力控制，并设计了速度滑模变结构控制器，同时引入负载扰动前馈对滑模控制的抖振进行抑制。建立了永磁直线同步电机滑模变结构直接推力控制仿真系统，对速度PI调节器与滑模变结构控制器仿真结果进行了比较，滑模变结构控制器能更好地抑制永磁直线同步电机的扰动。
　　永磁直线同步电机的数学模型比较复杂，传统的观测器模型不再适用。同时直接推力控制对观测器观测结果的准确性要求比较高，尤其在低速段，以线性模型为基础的观测器不再适用于非线性度较高的永磁直线同步电机。本文用推力磁链等效电机理想模型中的直轴磁链，简化了永磁直线同步电机数学模型。在简化的数学模型基础上，设计了推力磁链自适应观测器，从而解决了交直轴电感不相等引起的初级磁链和电磁推力观测误差。同时，在自适应观测器中引入初级电阻自适应律，减小了低速段由电机参数变化引起的初级磁链观测误差。建立了推力磁链自适应观测器仿真系统，对初级磁链和电磁推力的观测效果进行了仿真，验证了推力磁链自适应观测器的有效性。
　　最后，设计了基于自适应观测器的永磁直线同步电机滑模变结构控制系统，结合预测电压控制建立了系统仿真模型。对整个控制系统的稳态和动态性能进行了仿真分析，同时分析了其低速性能和鲁棒性。

目录

声明

摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究的主要内容

第2章 PMLSM数学模型及扰动分析

2．1 PMLSM基本工作原理

2．2 PMLSM数学模型

2．3 PMLSM扰动分析

2．4 PMLSM仿真模型与分析

2．5 本章小结

第3章 PMLSM滑模变结构直接推力控制

3．1 PMLSM矢量控制与直接推力控制

3．2 滑模变结构控制器设计

3．2．1 滑模变结构控制理论

3．2．2 滑模变结构控制器设计

3．2．3 滑模抖振抑制

3．3 VSS DTC系统模型与分析

3．4 本章小结

第4章 推力磁链自适应观测器设计

4．1 PMLSM传统初级磁链观测器

4．2 基于推力磁链的PMLSM数学模型

4．1．1 推力磁链的引入

4．1．2 基于推力磁链的数学模型

4．3 推力磁链自适应观测器的设计

4．4 自适应观测器仿真模型与分析

4．5 本章小结

第5章 基于自适应观测器的PMLSM滑模变结构直接推力控制系统设计

5．1 基于自适应观测器的PMLSM VSS DTC系统结构

5．1．1 PMLSM控制系统结构

5．1．2 预测电压矢量计算

5．2 控制系统性能分析

5．2．1 控制系统仿真模型

5．2．2 系统控制性能分析

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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