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。

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。

基于扰动估计补偿的PMLSM固定时间积分滑模控制

为了提高永磁直线同步电机(PMLSM)控制系统的动态响应速度和鲁棒性,提出了一种基于扰动估计补偿的固定时间积分滑模控制(DFISMC)方法。首先,在积分滑模面的基础上,引入了一种固定时间滑模控制算法,保证系统可以在固定时间内到达平衡点。其次,设计了一种随系统状态动态调整的控制率增益函数f(s),进一步加快了收敛速度。最后,设计自适应超螺旋扰动观测器估计内部和外部不匹配扰动,并采用前馈补偿的方式将观测值引入控制律,增强了系统的抗干扰能力。仿真结果表明,DFISMC方法不仅保证了系统全局鲁棒性,而且有效提高了系统的跟踪精度和响应速度。

PMLSM伺服系统自适应非奇异快速终端滑模控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)的位置跟踪精度易受外部扰动的影响,设计了一种自适应非奇异快速终端滑模控制(ANFTSMC)方法。建立PMLSM数学模型。为解决滑模控制(SMC)系统时会产生收敛速度慢、可能产生奇异性等问题,利用非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC)解决该问题,保证系统收敛,既不产生奇异性又提高快速性。加入自适应律可以在线估计系统未知扰动的上界,提高系统的鲁棒性。通过仿真分析得出结论,与SMC和NFTSMC相比,ANFTSMC方法能解决收敛速度慢的问题,跟踪精度与鲁棒性亦有所提高。

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。

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.

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。

基于平滑GMS模型和改进扩张状态观测器的复合摩擦补偿

摩擦力是影响直线伺服系统低速运行与点对点定位精度的主要非线性扰动。广义麦克斯韦(generalized Maxwellslip,GMS)摩擦模型虽然可以准确描述摩擦特性用于前馈补偿,但其存在切换点过渡时振荡的问题,同时易受测量噪声和摩擦参数变化等影响。为此,该文提出基于平滑GMS模型和改进扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的复合摩擦补偿策略。首先,引入过渡用双曲正切函数以解决GMS模型中在切换点的反复穿越问题,并给出该模型的离线辨识方法。其次,设计基于模型信息的四阶ESO补偿剩余摩擦力与未知扰动,并引入切比雪夫滤波器整定观测器增益,以降低扰动观测与噪声敏感之间的冲突。为验证所提摩擦补偿策略的有效性,在小型高精度永磁同步直线电机定位平台上进行定位实验。实验结果验证了所提摩擦补偿策略的可行性和有效性。

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。

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。

基于SOA的PMLSM进给系统PID参数优化研究

针对曲轴磨床中所用的永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)驱动的砂轮进给系统所具有的强耦合性和非线性的特点,对PMLSM的d-q轴模型进行分析,推导出矢量控制下PMLSM进给系统的状态方程及传递函数。针对传统比例-积分-微分(Proportion-Integral-Derivative,PID)控制自身的优缺点,将人群搜索算法(Seeker Optimization Algorithm,SOA)与传统PID控制相结合,应用于PMLSM进给系统中。仿真与实验结果表明,采用SOA优化的PID参数整定,具有鲁棒性强、跟踪性能好、收敛速度快等优点。

基于预测电压调制与T-S模糊PMLSM推力控制

为了进一步提高永磁直线同步电机(PMLSM)直接推力控制(DTC)系统的控制精度,提出了基于预测电压调制和Takagi-Sugeno(T-S)模糊策略的控制方法.利用预测电压调制技术控制下一个周期磁链,利用空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)逼近预测电压值,采用T-S模糊控制器控制动子速度和电磁推力.对比分析在Matlab/Simulink环境下的仿真结果,基于预测电压调制和T-S模糊控制策略的DTC控制系统不仅明显减少电磁推力和磁链脉动,而且对电机参数时变等非线性扰动所引起的脉动具有较强的鲁棒性.

最优预见补偿控制在PMLSM伺服系统中的应用

简要地介绍高精度、微进给永磁直线交流同步电机（ＰＭＬＳＭ） 伺服系统的ＩＰ位置控制后，提出对该系统的最优预见前馈补偿，以提高系统的跟踪性能．

基于H_∞最优控制的PMLSM伺服系统鲁棒重复控制

永磁直线同步电动机(PMLSM)在跟踪周期性输入时,其参数变化、负载扰动和摩擦力会降低系统的伺服性能,为此设计了一种基于H∞最优理论的鲁棒位移重复控制器.将重复控制器中的延迟环节看作是一个稳定的摄动Δ1(s),把被控对象中包含的不确定性因素看作另一摄动Δ2(s),故可将伺服系统看作是包含2个摄动的不确定系统,进而可以把鲁棒重复控制问题转化成H∞最优控制问题,使用H∞最优理论同时设计了反馈控制器和重复控制器.理论推导与仿真结果表明,该方案有效提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.

PMLSM直接驱动工作台的机电耦合有限元建模

由于使用永磁直线同步电动机直接驱动,直线滚动导轨支承的进给工作台的动力学特性对超精密数控机床的加工精度会产生直接影响.以工作台和电动机动子作为研究对象,利用拉格朗日-麦克斯韦方程建立工作台系统的机电耦合动力学模型.采用有限元方法计算出永磁直线同步电动机的推力和法向力,对工作台模型进行模态分析与电磁力作用下的谐响应分析,得到工作台系统的模态参数和水平、垂直两个方向的频响曲线.通过分析频响曲线可对工作台的振动进行预测,为工作台系统优化设计和优化控制提供了依据.

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。

分段式PMLSM垂直提升控制系统设计

传统的提升系统由于受钢丝绳缠绕的限制严重影响了其提升效率。针对永磁直线同步电动机垂直提升系统的特点,设计出了以工控机和可编程控制器为核心的永磁直线同步电动机(PMLSM)驱动的无绳提升控制系统实现方案,给出了其硬件和软件设计。实验表明,该永磁直线同步电机控制系统运行稳定,具有良好的动态性能。具有一定的工程应用价值。

抑制电流波动的直线电机分段供电切换方法

分段并联供电的长定子直线电机在进行定子段供电切换时,电机参数发生改变,在高速运行期间会出现电流超调或断相情况,动子过分段时电机推力波动大。该文仿真分析几种动子过分段供电切换方法的特点,提出一种分段并联供电长定子直线电机定子段供电切换方法,在电路拓扑中仅需要将同一变流器交替供电的定子段中性点相连接,切换开关采用双向晶闸管,切换策略为在定子段切换过程中各相电流依次过零开通和关断。该方法抑制了切换过程中变流器的电流断续或波动,减小了电机推力波动。通过采用比例–积分–谐振(proportional integral resonance,PIR)控制器,抑制电机电感不平衡带来的电流2倍频波动。以一台双三相永磁同步直线电机为例,进行仿真实验,并验证该方法的有效性。