永磁直线同步电机伺服控制系统的研究

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1、摘要数控机床正在向精密、高速、复合、智能和环保的方向发展并对各种驱动装置的性能提出越来越高的要求。直线驱动装置是机床中的一个重要组成部分，许多直线驱动装置及系统都是采用旋转电动机通过中间转换装置转换为直线运动的。这些中间转换机构会对系统的性能产生种种不良影响，制约着系统性能的进一步提高。随着电机及其驱动控制技术的发展，出现了“直接驱动"直线电机，它取消中间传动环节而直接带动负载运动，消除了由机械传动带来的间隙、柔度以及与之相关的其它问题。本文以永磁直线同步电机为控制对象，对其运行原理、控制方法策略及其伺服控制系统软硬

2、件设计等方面所作的研究工作深入研究。本文剖析了永磁直线同步电机的结构及其运行原理，引入坐标变换理论和矢量控制理论，并建立了永磁直线同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型，介绍了电压空间矢量控制技术及其矢量控制系统的原理和环节构成。由内至外展开探讨了永磁直线同步电机伺服控制系统三个构成环节的控制策略，针对系统的特点提出了在电流环对变动明显动子质量进行辨识补偿、在速度环采用由常规PI控制器优化而来的变增益PI控制器及在位置环采用比例加前馈控制。详细介绍了伺服控制系统的软硬件设计方案。硬件设计包括以TI公司的TMS320F2

3、812DSP为核心的系统控制电路、以智能功率模块IPW为核心的系统功率驱动电路和外围辅助电路；软件设计按照模块化程序设计思想进行设计，系统软件划分为主程序和矢量控制中断程序两大部分，主程序主要完成初始化和人机界面处理等工作而中断模块主要是实现伺服控制算法。在MATLAB／Simulink仿真环境中建立永磁直线同步电机伺服控制系统仿真模型，为使仿真实验更具有可比性，在建模过程紧密联系实际系统的软硬设计进行系统模型搭建。系统仿真实验结果和及后面的实际系统的初步测试结果都验证了设计方案的正确性，为进一步系统优化和控制方法策

4、略改进等后续研究工作奠定了一定的基础。关键词：永磁直线同步电机；矢量控制；直线伺服；DSP；动子质量辨识广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTNumerically—controlledmachinetooldevelopmentdirectionissophisticated,bjgh—speed，complex，intelligentandenvironmentallyfriendlyanditdemandshigherspecificationofdriveunits．Lineardrivedeviceisa

5、nimportantpartofmachinetool，inmanyoflineardrivesandsystemstheintermediateconversionisusedtochangerotarymotionintolinearmotion．Theconversionmechanismwillbringallkindsofadverseeffectsandrestrictsthefurtherimprovementofsystemperformance．Witllmotoranddrivecontrolte

6、chnologyitappears”directdrive¨linearmotor,whicheliminatesintermediatelinksanddrivetheloaddirectly,eliminatingthegapcausedbythemechanicaltransmission,complianceandotherrelatedissues．Thispaperpresentadepthresearchonpermanentmagnetlinearsynchronousmotoroperationpr

7、inciple，controlstrategyanditsservocontrolsystemhardwareandsoftwaredesign．Thestructureofpermanentmagnetlinearsynchronousmotoranditsoperatingprincipleareanalyzed．Wriththeintroductionofcoordinatetransformationtheoryandthevectorcontroltheory,thesynchronousrotatingc

8、oordinatemathematicalmodelofpermanentmagnetlinearsynchronousmotoresisestablished．Voltagespacevectorcontroltechnologyandvectorcontrolsystemareintroduced．Thecontrolstrategyofe