新型進(jìn)給系統(tǒng)——永磁直線同步電機的磁極位置及速度估計算法研究.pdf

1、永磁直線同步電機進(jìn)給系統(tǒng)具有很高的動態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度、高的定位精度、平滑的無差運動，能滿足高速精密數(shù)控機(床)高速高精度的要求。然而，由于該進(jìn)給系統(tǒng)位置傳感器的存在，使系統(tǒng)成本增加、運行可靠性下降、使用范圍受限、及系統(tǒng)尺寸增加等。將無位置傳感器控制技術(shù)引入永磁直線同步電機進(jìn)給系統(tǒng)，無疑可以克服直接進(jìn)給系統(tǒng)中位置傳感器帶來的局限。 本論文以研究新型進(jìn)給系統(tǒng)——永磁直線同步電機(PMLSM)的磁極位置與速度估計算法為主

2、要目的，結(jié)合國家自然科學(xué)基金資助項目“無位置傳感器的高速精密直接進(jìn)給系統(tǒng)研究”(No.50475101)等科研項目，采用理論研究、計算機仿真與實驗研究相結(jié)合的研究方法，建立PMLSM的磁極位置與速度估計器，并系統(tǒng)地進(jìn)行了算法分析、比較和優(yōu)化及相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)研究與實驗研究。 首先，介紹國內(nèi)外PMLSM控制技術(shù)及其無位置傳感器控制系統(tǒng)的研究及發(fā)展現(xiàn)狀，綜述國內(nèi)外旋轉(zhuǎn)永磁同步電機位置與速度估計方法。在分析PMLSM的坐標(biāo)系及坐標(biāo)變換原

3、則的基礎(chǔ)上，沿用旋轉(zhuǎn)永磁同步電機原理，得到PMLSM在三種坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。提出基于位置與速度估計器的PMLSM無位置感器運行系統(tǒng)，并建立PMLSM無位置傳感器運行系統(tǒng)的狀態(tài)方程。 其次，針對PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)存在系統(tǒng)參數(shù)攝動、負(fù)載擾動等不確定因素，基于“無窮大質(zhì)量”的假設(shè)條件，建立用于狀態(tài)估計器的PMLSM動態(tài)模型，用以克服電機系統(tǒng)的機械參數(shù)變化。PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)具有較強的非線性，結(jié)合非線性估計理論及濾波技術(shù)，提出以擴展卡

4、爾曼濾波器(EKF)作為電機磁極位置與速度的狀態(tài)估計器，并深入研究EKE位置與速度估計器的性能。 由于UKF采用UT變換來處理系統(tǒng)的非線性變換，能克服EKF非線性模型一階線性化存在的不足，UKF在許多非線性估計領(lǐng)域取得了成功應(yīng)用，且估計性能優(yōu)于EKE。本文將UKF應(yīng)用于PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)的位置與速度估計，仿真研究基于UKF的永磁直線同步電機的磁極位置與速度估計器的估計性能，并對EKF和UKF兩種估計器的性能進(jìn)行對比分析。

5、 粒子濾波方法作為一種基于貝葉斯估計的非線性濾波算法，在處理非高斯非線性系統(tǒng)的狀態(tài)濾波問題方面有獨到的優(yōu)勢。對粒子濾波在PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)的位置及速度估計中的應(yīng)用進(jìn)行探索性研究。詳細(xì)闡述基于序貫重要性抽樣的粒子濾波算法；設(shè)計基于PF的PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)的磁極位置與速度估計器，通過計算機仿真實驗，對基于PF、UKF及EKE的PMLSM磁極位置與估計器的性能進(jìn)行對比。 最后，在已有的PMLSM進(jìn)給系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研制PMLSM三相相電