具有观测器冗余的直线电机伺服系统

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文具有观测器冗余的直线电机伺服系统研究生：郑忠杰指导教师：陈德传2015年03月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterThelinearmotorservosystemwiththeredundantobservationCandidate:ZhengZhongjieSupervisor:Prof.ChenDechuanMarch，2015杭州电子科技大学硕士学位论文摘要基于永磁直线同步电机（PMLSM）的直线伺服

2、系统是当前国内外的研究热点，因其具有直驱性（无需减速器与滚珠丝杆螺母副等机械转换机构，直接驱动直线运动负载）、高速、高精度、大推力、加速度大、动态响应迅速、可靠性高等特点，适用于各类高档数控装备以及要求高速高精度的各类直线运动控制场合，如大规模集成电路封装设备，3D打印、3D雕刻、精密激光切割设备，高档带形材料纠偏控制系统等。为此，本文以LM系列PMLSM为研究对象，采用理论分析、计算机仿真与实验验证相结合的研究方法，对PMLSM直线伺服系统进行了深入研究。首先，介绍了PMLSM的数学模型和空间矢量脉冲调制技术（SVPWM）的*原理，

3、在此基础上研究了基于PMLSM机理模型的参数辨识方法和基于i0矢d量控制系统中各个调节器类型选择及其参数自整定方法。其中，电流调节器ACR采用PI调节器，速度调节器ASR采用变结构P/PI调节器，位置调节器APR采用变参数P调节器。此外，为了提高系统对指令跟踪的平稳性而采用了一种非线性余弦S型指令给定方法。Matlab仿真结果表明，本文提出测控算法具有较好的参数辨识精度以及良好的控制效果，且在采用了S型指令给定形式后，在不影响系统动态快速性的前提下，系统的动态平稳性得到显著提高。其次，设计了负载阻力观测器和速度观测器。负载阻力观测器

4、采用基于等效控制原理的滑模观测器，以PMLSM运动方程为观测模型，采用比例控制律，能对负载阻力实现无静差观测。速度观测器采用基于反电势的扩展滑模观测器，以PMLSM的电流状态方程和反电势状态方程为观测模型，采用比例控制律，反电势观测结果是连续的正弦变量，可直接用于速度计算。Matlab仿真结果表明，采用负载阻力观测器后能提高系统的抗扰性能，采用速度观测器后在高速时能有效观测出实际速度，且对电机参数敏感性小。然后，个人独立完成了系统的硬件、软件设计。在硬件方面，根据功能的不同分为驱动板、光栅尺前置放大板和光栅尺细分板、控制板、人机界面板

5、。其中，在设计光栅尺信号处理电路时，提出了一种基于方波相移的正弦波式光栅尺信号细分方法，该方法从两路方波信号的相对相位位移中提取出光栅尺位移信号，对光栅尺信号的正弦近似程度要求不严格。在软件方面，对系统主程序、光栅尺细分检测程序、SVPWM调制技术程序、PMLSM直线伺服系统的控制算法算程序、PMLSM的观测器程序、人机界面程序进行了分析，并都给出了各程序的流程图。I杭州电子科技大学硕士学位论文最后，根据上述硬件、软件设计方案自行研制了PMLSM直线伺服驱动器产品化样机，并搭建了实验平台。实验结果表明：基于PMLSM机理模型的参数辨识

6、结果满足调节器参数自整定的要求；采用S型指令后，系统具有良好的动、静态性能；采用光栅尺信号方波相移式细分方法后，光栅尺的细分精度为0.09m，系统定位精度为0.9m；采用负载阻力观测器后，系统基本不受负载扰动影响；采用速度观测器后，可以让PMLSM直线伺服系统在最大速度的10%以上实现无传感器闭环运行。关键词：永磁直线同步电机，光栅尺方波相移式细分，PMLSM参数辨识，调节器参数自整定，负载阻力观测器，速度观测器，非线性余弦S型指令II杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTThelinearservosystembasedo

7、npermanentmagnetlinearsynchronousmotor(PMLSM)isahotresearchinrecentyears.Asithastheadvantagesindirectdriving(thelinearservosystemcandrivelinearmotionloaddirectlywithoutreducerandballscrew),highspeed,highprecision,highthrust,highacceleration,fastresponseandhighreliabilit

8、y,soitiswidelyappliedinthehigh-endnumericalcontrolequipmentsandthelinearmotioncontroloccasionsthatrequirehighs