永磁直線同步電機自抗擾控制系統及實驗研究.pdf

1、永磁直線同步電機相比于其它類型的直線電機具有高速度、高精度、快響應等優勢，是一種極具競爭力的直驅電機，在數控系統、機器人及半導體加工裝備等場合中擁有廣闊的應用前景。自抗擾控制是一種采用非線性處理方法的新型實用控制技術，其核心思想是將影響被控對象動態特性的外部作用歸結為“擾動”加以觀測和補償，并利用高效的非線性狀態誤差反饋實現被控對象的“自抗擾”控制，具有很強的魯棒性和工程實用價值，是一種品質更好、效率更高的控制技術。
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2、對永磁直線同步電機受到的摩擦力和磁阻力進行了分析，通過有限元數值計算和磁阻力測試實驗得到了永磁直線同步電機的摩擦力和磁阻力模型，在此基礎之上建立了永磁直線同步電機考慮多重擾動力下的數學模型，并在MATLAB/Simulink中搭建了帶有多重擾動力的永磁直線同步電機仿真模型。針對實際系統中存在系統輸出測量噪聲的問題，對傳統的自抗擾控制算法做了改進，在反饋通道上加入了帶有微分預測補償算法的跟蹤微分器，用以濾除系統輸出的測量噪聲，同時計算出輸

3、出的各階微分，代替擴張狀態觀測器得到被控對象的狀態變量，從而提出了改進型自抗擾控制算法。然后通過對永磁直線同步電機d-q軸電流狀態方程中耦合擾動項的分析，給出了采用改進型自抗擾控制算法的d-q軸電流自抗擾解耦控制器，將作用于電流動態特性上的耦合項視為擾動加以觀測和補償，從而實現了電流自抗擾解耦控制。仿真實驗結果表明采用改進型自抗擾控制能夠獲得優于采用PID控制及傳統自抗擾控制的電流控制性能。
　　 本文利用改進型自抗擾控制算法將

4、多重擾動力對直線電機的擾動作用觀測并加以補償，先給出了一階速度自抗擾控制器，在此基礎上針對其中的不足，通過分析永磁直線同步電機的二階運動方程，進一步提出了二階速度自抗擾控制器，仿真實驗證明二階速度自抗擾控制具有更好的控制效果。然后針對多重擾動力對位置動態特性的擾動作用，給出了位置自抗擾控制器。文中分別給出了各自抗擾控制器的結構框圖和控制系統原理框圖，并在MATLAB/Simulink中建立了相應的仿真模型，通過仿真對控制系統進行了實驗驗

5、證。本文采用基于模型的設計方法，對永磁直線同步電機二階速度自抗擾控制系統進行了包括快速原型系統測試、軟件在環測試及處理器在環測試在內的系統半實物測試，在控制器實物做出之前對自抗擾控制算法及自動生成的C代碼進行了測試和驗證。然后設計并實現了以數字信號處理器（DSP）和可編程邏輯陣列芯片（FPGA）為核心處理器的永磁直線同步電機自抗擾控制系統實驗平臺的硬件和軟件，在該實驗平臺上對本文提出的采用改進型自抗擾控制算法的永磁直線同步電機電流、速度