双动子永磁直线电机往复运动控制系统的研究

摘要

在特种印刷机中,传统的做法是利用汽缸活塞带动印刷机构做直线运动进行图案的印刷,这种运动方式需要专门的气源,在许多场合是很不方便的.而且采用汽缸活塞驱动具有很大的噪声,对周边的环境造成较坏的影响.使生产车间的选择受到很大的限制.永磁直线电动机的直接驱动方式可以赋予特种印刷机优良的性能,能实现适宜的直线运动并且可极大的降低噪声,由于取源方便,可以使生产在家庭等较小的空间进行.这样可以较大的扩大其应用范围.由于其运行距离短,启停频繁,因此确保电动机具有合适的运行速度及安全停止是保证特种印刷机能长期、可靠、高质量工作的重要因素.该文首先根据特种印刷机的工艺要求,设计了适合要求的永磁直线电动机.然后依据对电动机的数学模型的分析设计了控制系统的结构和控制策略.以51单片机为控制部件,着重对其控制策略进行了分析.探讨了直线电动机的合理的运行规律,深入分析了P、I、D各参数对系统过渡过程的影响,确定了在不同的状况P、I、D参数的取值.并以永磁同步电机为例利用MATLAB软件包进行了控制策略的仿真.对于该课题而言,速度的给定值是按一定规律变化的,为了确保印刷质量,并保证电机运行到满行程时速度尽可能的小,防止发生大的碰撞,电机须按一定的精度跟随给定值的变化而变化,即要求控制系统具有一定的快速性和鲁棒性.在速度调节器采用PI控制的情况下,根据偏差和偏差的变化率对比例和积分时间进行适宜的修正.既控制器的算法模型不断的按照响应的状况加以修正以求得到最佳的控制效果.结果表明对P、I、D参数的调整是合理的,可以使系统获得较固定P、I、D参数较好的控制性能.利用单片机软件编程实现其控制算法,不需增加任何硬件投资却可以大大改善系统的控制性能.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

引 言

1.1课题研究的目的、意义及课题来源

1.1.1课题的意义

1.1.2课题的来源

1.2直线电机

1.3研究的主要内容

2双动子永磁直线电机的设计

2.1直线电机结构的设计

2.2直线永磁同步电机工作原理

2.3电机绕组设计

3 Fuzzy-PID控制策略

3.1 PID控制算法的理论基础

3.1.1 PID控制器的基本原理

3.1.2 PID控制器的特点

3.1.3数字式PID控制器的结构

3.2 PID参数自整定思想

3.2.1基于Fuzzy推理的自调整PID控制器

3.2.2专家系统智能自整定PID控制器

3.2.3基于BP神经网络的参数自学习PID控制器

3.3 Fuzzy-PID控制器的设计

3.3.1 PID控制器参数Fuzzy调整原理

3.3.2 PID参数专家调整知识的Fuzzy调整模型

3.3.3输入输出变量的Fuzzy化

3.3.4 Fuzzy合成推理算法及调整决策矩阵

3.3.5 Fuzzy-PID控制算法

4直线电机Fuzzy-PID控制方案设计

4.1永磁直线电机的数学模型

4.2空间磁场定向控制策略

4.2.1矢量控制

4.2.2 PWM脉宽调制

4.2.3 PWM硬件电路

4.3控制器设计

4.3.1电流调节器的设计

4.3.2速度调节器的设计

4.3.3 PI参数的自调整

5控制电路的设计

5.1 MCS-51系列单片机系统结构特点

5.2 DAC0832及其接口电路

5.3霍尔位置传感器

5.4三相无刷电机控制—驱动器UDN2936

5.5控制系统原理

6系统仿真研究

结论

参考文献

致 谢