基于FPGA的PMLSM三矢量模型预测电流控制IP核设计及硬件在环验证

为了提升永磁直线同步电机(PMLSM)电流控制的稳态性能和执行速度,同时降低资源消耗,基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了一个三矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)知识产权(IP)核,并利用FPGA在环可视化验证方法,建立了一个PMLSM的TV-MPCC IP核验证系统。通过Simulink对TV-MPCC策略进行算法级仿真,并优化了基本电压矢量的作用顺序;采用并行与资源共享硬件优化技术设计并封装了一个TV-MPCC IP核,并对其进行了功能仿真;将设计部署在FPGA芯片XC7Z020CLG400-2上,利用FPGA在环可视化验证平台进行实验研究。结果表明,TV-MPCC策略下d、q轴电流跟踪误差和电流脉动均降低90%以上;FPGA工作在100 MHz下,实现一次算法的时间为0.62μs,仅为软件PyCharm执行时间的0.414%。

基于GSMC的改进自抗扰PMLSM控制

针对永磁同步直线电机(PMLSM)系统存在外界扰动等不确定性而使系统性能变差问题,提出了一种改进型全局滑模自抗扰控制方案。首先,考虑到扩张状态观测器中传统的非线性函数fal在原点附近不够平滑存在拐点会降低控制精度,引入了平滑性更好的Sigfal函数对其进行替换;其次,对于非线性状态误差反馈控制律部分,因参数多整定困难,影响了反馈控制的性能,采用全局滑模控制(GSMC)实现反馈控制,以提高反馈控制部分的动态及抗扰动性能;最后,用Lyapunov理论证明了系统稳定性,仿真结果表明该方案能够提高速度跟踪精度、保证动态性能同时提高了系统鲁棒性。

双重遗忘卡尔曼滤波PMLSM无位置传感控制研究

针对EKF估计PMLSM位置存在模型不精确、噪声统计特性不确定时估计精度不高,且有可能导致滤波发散的问题,提出一种双重遗忘卡尔曼滤波法,它是在EKF的基础上引入自适应渐消因子,实现第一重遗忘,引入Sage-Husa自适应滤波法,实现第二重遗忘。实验表明:该方法不论是同步速度还是负载突变,均按正弦规律递减,负载突变前、后速度稳定误差最大值分别为0.469%、0.943%,最终将稳定在0.167%附近,跟踪效果随仿真时间的加长而更好。

等间距磁极分段PMLSM磁场及其磁阻力分析

为减小永磁直线同步电机(PMLSM)的磁阻力,提高其稳定运行性能,依据PMLSM结构特点,采用对每极下永磁体等分段后再等间距依次排列方法减小磁阻力。建立磁极分段的解析模型,用解析法计算等间距磁极分段时的气隙磁密,分析分段数与气隙磁密之间的关系。确定合理的磁极分段数与电机齿槽力之间的关系,使不同磁极分段产生的齿槽力相互抵消来减小齿槽力,在此基础上,通过在电枢端部特定位置处添加辅助极铁心方法来补偿端部力。有限元结果分析表明,合理选择分段数可使齿槽力明显减小,且使端部力有一定程度减小,进一步采用辅助极后,很好地消弱了端部力。

基于DSP28335的PMLSM伺服系统设计与实现

文章设计了一套基于TMS320F28335DSP控制芯片的永磁直线同步电机(PMLSM)伺服控制系统。以智能功率模块IPM、高精度直线编码器M-Ⅱ4400和新一代CAS磁通门技术电流传感器为主要元件搭建了一套高性能硬件平台。在DSP控制芯片内实现对PMLSM定子电流的矢量解耦控制及速度环、位置环的伺服控制算法。实验结果表明该伺服驱动系统实现了对PMLSM的高精高效控制。

PMLSM直接推力控制系统研究

直接推力控制(DFC)是在直接转矩控制(DTC)的基础上发展起来的,以其结构简单、推力响应快、控制性能优越、鲁棒性好等特点,受到广泛关注。将直接推力控制引入永磁直线同步电机(PMLSM)的运行性能控制,提高系统的运行稳定性是一个具有研究价值的领域。在分析直接推力控制原理的基础上,结合所建立的PMLSM的数学模型,对DFC的推力控制和磁链控制进行研究。分析DFC的原理、系统构成,以及实现方法,利用Simulink进行系统建模,并对负载起动后减载、负载起动后加速两种PMLSM运行状态进行仿真。仿真结果验证了所搭建的控制系统模型的正确性和可行性,表明PMLSM直接推力控制具有良好的静、动态性能。

PMLSM伺服系统的特征模型与自适应迭代学习控制

针对PMLSM伺服系统的位置跟踪控制问题,提出一种基于特征模型的自适应迭代学习控制方案。由分析可知,在"id=0"的控制策略下,该系统是一个六阶线性定常系统。结合特征模型理论,给出了该系统的一阶、二阶和三阶特征模型,其特征参数沿时间轴和迭代轴均是变化的。采用遗忘因子最小二乘迭代学习辨识与最小方差控制方法,给出一种基于特征模型的带饱和限幅自适应迭代学习控制方案。仿真结果表明,提出的学习控制方案能够实现系统输出对期望位置的轨迹跟踪。

基于FPGA的PMLSM预测电流控制系统设计及在环验证

为提高永磁同步直线电机(PMLSM)电流环的控制性能与电流控制算法的执行速度,利用现场可编程门阵列(FPGA)设计了一个可编程逻辑(PL)+处理器系统(PS)结构的预测电流控制(PCC)系统,并基于PYNQ架构提出了一种新的FPGA在环方法用于复杂控制系统的硬件可视化验证。首先对PCC算法进行了分析与仿真,并建立了变增益干扰观测器以提高鲁棒性;接着使用硬件结构优化技术设计了一个PCC IP核,并对其进行了功能仿真;最后在Zynq 7020芯片上实现了PMLSM PCC系统,并使用提出的FPGA在环验证方法更方便有效地对控制系统进行了板级验证。结果表明,预测电流算法控制带宽大、稳态性能好;在Zynq 7020芯片上使用PYNQ框架、PL端时钟频率为200 MHz时,用PCC IP核硬件实现与双核ARM Cortex A9软件实现一次算法所需的时间分别为1.989 6 ms和4.487 5 ms,加速比为2.255,FPGA硬件加速明显。

基于神经网络的PMLSM建模

永磁直线同步电动机 (PMLSM)是直线电机驱动的垂直运输系统的核心 ,它的模型的建立对于整个系统的控制与运行分析具有重要的意义 .利用BP算法 ,用C语言编制程序 ,实现了一个单输入层单输出层 4隐含层的神经网络 ,并用实验数据对网络学习训练 ,建立了PMLSM的模型 .通过实验验证 ,该模型的输出结果与实际结果十分接近 ,能够反映PMLSM的基本运动特性 ,因此这种模型可以作为PMLSM的仿真模型进行控制和运行特性的仿真研究 ,并且在进行控制时可以把这种模型作为系统的辩识模型进行预测控制 ,使控制效果更好 .

PMLSM垂直运输系统控制策略的研究

在设计了推力观测器的基础上 ,将一种新型的模糊神经网络控制器应用于永磁直线同步电动机的控制系统 ,它可以在无专家或先验知识的情况下获得模糊规则 .实验结果表明 ,该控制系统的控制效果比传统的PID控制系统好 ,系统对负载扰动具有较强的鲁棒性且具有较好的静态和动态特性 .

初级分段连续布置垂动PMLSM运行特性研究

针对初级分段连续布置永磁直线同步电机(PMLSM)垂直提升系统段间过渡会对PMLSM整体性能产生不利影响的问题,利用有限元分析法研究初级分段连续布置垂动PMLSM运行特性,建立了符合现有样机的垂动PMLSM独立单元电机(16P15S)和初级分段连续布置PMLSM二维有限元模型,确定了PMLSM单元电机的参数以及电源在不同频率(6Hz、14Hz、25Hz)时的功角特性、功角电流特性,分析了单元电机在连续布置时同功角、不同段间间隙(0、0.5mm、1.5mm)时的推力波动情况及反电势状况。研究结果表明:PMLSM低频运行时,电枢电阻作用与频率成反比,易引起失步;PMLSM单元电机轻载时电枢电流出现拐点,拐点两侧负载变化均使电枢电流增加,正常工作域时,电流较小,功率因数和效率较高。

基于二阶滑模的PMLSM悬浮平台直接解耦控制

永磁直线同步电机(PMLSM)悬浮平台利用直线电机的法向力实现动子悬浮,本身具有的无摩擦,零传动等优点满足了精密加工中对于高精度和高速度的要求。但是由于水平推力和法向力之间存在非线性耦合,加之负载扰动和参数变化等不确定性因素降低了系统的伺服性能。为了保证PMLSM悬浮平台动子的定位精度,针对上述问题分别独立设计水平轴和竖直轴的二阶滑模(2SMC)控制器对其进行直接动态解耦控制。控制律采用二阶滑模的螺旋算法,将不连续控制作用于变量的高阶微分上,理论上可以削弱抖振。仿真结果表明该控制策略能够实现对水平方向和竖直方向的动态解耦,使系统对参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性,从而提高了定位精度。

PMLSM的两种模型及比较

介绍了在理想状态下利用电磁场和电路的基本理论在四层线性模型的基础上所建立的PMLSM电路模型以及利用BP算法用C语言编制程序实现一个单输入层单输出层 4隐含层的神经网络 ,然后用试验数据对网络进行学习训练而建立的PMLSM网络模型 .

PMLSM矢量控制系统仿真

为了降低PMLSM的推力脉动,本文将模糊PI算法应用于永磁同步直线电机矢量控制系统中。通过Matlab/Simulink组件搭建了双闭环系统的仿真模型,结果表明该方案有效可行。

基于自适应反推补偿的PMLSM位置跟踪控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统,在分析影响伺服跟踪精度因素的基础上,采用反推控制策略进行有效补偿控制。考虑参数变化、外部负载扰动等不确定因素对系统伺服性能的影响,从位置跟踪误差开始设计虚拟控制器,然后选择虚拟误差、位置误差构成新的子系统,设计新的虚拟控制器,通过递推依次对得到的虚拟控制器逐步修正算法,最终设计出实际控制器。仿真结果表明,和PI控制相比,该控制器明显降低不确定因素对系统性能的影响,能很好地跟踪周期性参考指令,削弱了时变外力扰动对系统性能的影响。

多重自适应卡尔曼滤波PMLSM无传感控制

为了解决PMLSM无传感在运行控制中噪声的不确定性和滤波发散问题,本文提出一种改进的Sage-Husa自适应滤波器。针对Sage-Husa自适应滤波器存在抗干扰能力差和精度不高等问题,加入自校正状态滤波器。从理论上分析该算法的收敛性,证明该算法在一定条件下有界收敛。为验证该算法的有效性,将改进的EKF与传统EKF进行对比,结果表明本文提出的PMLSM多重自适应算法位置估计更加精确,克服了对噪声协方差矩阵的依赖性,增强了对突变状态的快速跟踪能力,速度估计误差百分比降低在0.1218%以下。

基于EtherCAT的磁浮交通PMLSM驱动系统架构及控制研究

现有的高速磁浮交通系统采用直线同步电机牵引技术,然而磁浮交通系统中实际使用的直线同步电机体积庞大且造价昂贵,不利于前期开发和研究。对此,开发了一种分段式永磁直线同步电机(Permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)牵引驱动样机,旨在以低成本的方式快速简易地部署和验证磁浮交通直线运动控制算法。针对样机,设计并实现了一种基于ARM-FPGA双核的专用控制器。双核分别承担算法部署和控制实施的功能。此外在控制器中引入了EtherCAT网络技术,以搭建低延迟和高精度的网络化控制架构,仿真和试验证明了其可行性和可用性。未来将利用该驱动系统架构开发、部署和验证更多的磁浮交通直线运动控制算法。

PMLSM推力波动抑制分段斜极方法研究

为了有效抑制推力波动,提高电机定位、出力及速度精度,分析了永磁直线同步电机(PMLSM)推力波动特点,指出采用分数槽及电枢长度调节之后,2、4、6次波为PMLSM推力谐波主要成分,与以12倍次为主的齿槽力波动不同;在对分段斜极方案优点分析、推力谐波斜极系数计算、电磁推力削弱系数计算的基础上,对斜极角选取策略进行了分析,结果表明:因推力波动的成因和表现不同,直线电机与旋转电机最佳斜极角选取公式有差异;阐述了利用二维有限元计算三维非对称斜极运动模型的方法,用该方法对斜极系数-分段数关系、斜极系数-斜极角关系进行了计算,验证了PMLSM次级永磁分段数及斜角选取的分析.结果表明:永磁体2分段并取30°斜角可使推力波动下降到61.3%且保持96.8%出力.

基于RBF神经网络整定PID的PMLSM控制研究

介绍了直线永磁同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)的数学模型。由于直线永磁同步电机具有非线性、耦合性和负载扰动等特性,常规PID控制器不能达到理想的控制效果,而径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络具有学习速度快、无局部极小和良好的逼近能力,提出了将RBF网络与增量式PID控制结合在一起应用的方法。matlab仿真结果表明:该控制系统具有良好的逼近能力、较强的适应性和抗干扰能力。

组合磁极无槽PMLSM正弦磁场分析

针对传统永磁直线同步电机(PMLSM)齿槽效应及单一磁极产生的非正弦气隙磁场引起电机推力波动,使电机性能变差问题,提出一种组合磁极无槽PMLSM,以提高电机气隙磁场正弦度。建立了组合磁极结构模型,采用分层模型法将气隙磁场叠加,研究消除前三次低频次谐波磁场时,其正弦气隙磁场与电机结构参数及材料特性之间的解析关系式。对比分析了组合磁极和磁极未分段时的气隙磁密、空载反电势及其谐波磁场。研究结果表明当组合磁极中各段磁极长度、剩磁比例系数满足确定约束关系时,气隙磁场中三次、五次、七次谐波均为零,能使气隙磁密和空载反电势趋于标准正弦形,有效消除谐波影响,提高电机性能。解析法和有限元法结果一致证明了理论分析的正确性。