直线电机驱动器的仿真与设计(附件)
在最新的直线电机中，通过电机中的电力能够直接转化为机械能力并做直线运动，它不用添加中间转换设施，就可以达到人类社会生产生活的要求，推动了电机在人类社会生活生产的进一步发展，直线电机的发明含有非常广阔实用价值与雄伟发展蓝图。也是未来驱动系统发展的主要方向。但目前仍有很多的技术难题导致直线电机驱动器不能完美应用，难以满足高性能、高指标的要求，产品的推广也必然受到影响。本文基于驱动系统环境，选取Matlab做仿真实验，对直线电机的可行性做了测验评估、并对其进行了识别计算分析，探索出了参数辨识及易变变量估计在驱动系统中的改进方法。关键词同步直线电机，驱动器，模型，参数辨识，最小二乘
目录
第一章 绪论 4
1.1课题研究背景及意义 4
1.2课题研究现状 4
1.3本文的主要研究内容 4
第二章 驱动系统的构成及控制器设计 4
2．1永磁同步直线电机矢量控制策略的选择 4
2.2 永磁同步直线电机的矢量控制 5
2.3 SVPWM技术原理及实现 7
2.4PMLSM系统模型及控制参数整定 10
2.5本章小结 20
第三章基于磁链预估与参数辨识的直线驱动系统研究及仿真研究 20
3.1变量预估与参数辨识原理及常见辨识方法 20
3.2预估变量、辨识参数选择 22
3.3系统参数辨识 22
3.4系统仿真 24
3.5本章小结 25
第四章 结论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
近几年来，迅猛发展着的计算机与自动化设施设备中，对驱动系统各方面的要求都相应提高了许多，如驱动的进给速度、提速以及高速精准定位等方面。在这样的需求下，过去传统的驱动装置，很明显已经不能够满足。直线电机具有直接提供直线推力和可以与负载直连的优势，所以活动部件不会产生弹性，这样便会有有助于提高准确度。与传统电机驱动系统相比，直线电机驱动系统中只有导向系统存在机械磨损这一小问题，因此具有更高的效率及可靠性，同时噪音也会相应降低。在这种时代情况下，许多国家 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
都在研究并应用直线电机，所以直线电机的应用也变得更加广泛。随着电子、控制等技术的迅速发展，必然会有更多的领域需要用到直线电机技术。同时直线电机自身技术的特点，也在一些方面限制了直线电机驱动技术的应用。
1.2课题研究现状
在我国，有关于直线电机的研究以及应用还处于起步阶段。许多研究所及高等院校都在开展相关的研究，包括各种直线电机的制造以及直线电机驱动系统的仿真与设计。但由于起步较晚，很多方面距离达到产品化的要求还距离较远。相比较与外国，由于起步早晚的问题，我国在这方面的研究运用还需要更加努力。就如与日本相比，我国就存在较大落差，对直线电机的运用，早在1996年，日本就将其应用到电火花成型电机中。
1.3本文的主要研究内容
查阅相关文献及资料，学习并掌握一定的直线电机理论、电路设计理论方面的知识。
在理解和掌握相关知识的基础上，分析并研究直线电机驱动的方案及应用可行性的问题，借助Proteus软件对电机驱动系统制定设计与仿真测试。
第二章 驱动系统的构成及控制器设计
明确认识被控对象后，为设计出高效的控制器。优化系统性能，严谨的选择控制的方案方式。对于控制器的设计，直线驱动系统参数整定问题被多方提及，但一直未得到有效解决。在现通常所用的自典型经验设计方案与自整定方案与到现有的一些方法中均有一些不足之处。本章节采用经典頻域设计方案，在各个传递函数的基本条件上，经过简化对控制器的参数进行整定，研究出更为简单有效可对参数进行整定的一款方案。
2．1永磁同步直线电机矢量控制策略的选择
现阶段，同步直线电机的调速控制策略主要有直线转矩控制和矢量控制两种，控制策略选择的合适与否，是实现驱动传动系统性能优化的关键。迄今，矢量控制和直接转矩控制在实践过程中均皆有运用成功的实例，人们仍在不断深入进行它们的应用研究。
在现目前的交流电机实际控制系统中，应用最多的控制理论是1971年由德国数学家Blaschke给出的矢量控制理论。人们在这个理论诞生之后便给予了高度的重视，深入研究了她的理论与运用方面。在理论上被控制的对象建立在精准参数模型上是为矢量控制。电机以相对的低速转动，在较大范围内进行调速，产出更为稳定的电磁力矩。全部电流均作用于电磁力矩的生成时，电机处于启动或制动过程，因拥有这些特点，很大程度上增加了电机过载能力的利用，提升了电机的启动速度与制动速度，电机启制动的优良性能得到了保证。
直接转矩控制则与矢量控制大不相同，他只对实际与设定力矩的相符情况进行保障，以力矩、磁链误差的大小情况以及磁链处在的扇区，对主电路状态元件的开关进行选择，并对电机磁链设定运行轨迹。在电机进行转矩时，磁链滞环控制与电磁转矩产生的脉动是一个不能避免的问题，这将直接影响电机在低速工作时的稳定情况与调节速度范围的大小。此外，磁链电压模型是取用电机的反电势积分建立的，进行低速工作时，其准确性低，电机的低速工作性能和调速范围受到逆变器、电阻与电压有误差等情况影响。在电机启动过程中，定子磁链的起始位置无法取得，系统难以输出对的控制信号，由此电机启动存在困难。通常在固定位置将电机转子拉到再进行启动。
矢量控制技术的研究应用已有三十多年的历程，在系统调速运用方面具有较高的性能，其在电机的低速与高速应用方面都表现了出了非常优异的性能，其体现在启制动特性，稳速特性，抗干扰性均比直流电机的调速应用要优越。在精度要求高的传输系统中，调节速度的范围比已高于104:1，通常采用矢量控制技术调节伺服驱动传动系统速度的范围可达5×103:1104:1.但目前永磁同步电机在运用直接转矩进行控制时，伴随有定子电感小、电机控制周期长、电机转矩脉动、磁链与电流作用大等系列问题。假如永磁同步电机采用直接转矩进行控制，想要达到系统动静态性能的完善，其必须控制在足够短的期限内，另外，低速情况下的磁链观测和转矩观测很难准确实现，电机的速度调节范围无法达到足够宽的范围，难以在电机低速工作时对转矩和磁链进行准确的观测。
结合以上两种控制方案优缺点对比，本研究的控制方案选取矢量控制技术。
2.2 永磁同步直线电机的矢量控制
永磁同步直线电机主要是通过控制矢量来操作的，其控制方法主要是通过控制=0、cos=0、转矩以及电流等。当cos=0的时候，可以有效的减小永磁同步机的容量，这可以运用到大功率的同步机的调速系统中。通过控制恒磁链来增加电动机的转矩，相比于cos=0，其效果更好。通过设置转矩最大值和电流的控制，可以有效提高电机的运转效率，进一步减小电流，降低运作成本，这个常用于逆变器的工作当中，这是这种控制电流和转矩的方式也存在不足，那就是运算太复杂，工作量大，而且还需要DSP来协同工作，很不方便。
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第一章 绪论 4
1.1课题研究背景及意义 4
1.2课题研究现状 4
1.3本文的主要研究内容 4
第二章 驱动系统的构成及控制器设计 4
2．1永磁同步直线电机矢量控制策略的选择 4
2.2 永磁同步直线电机的矢量控制 5
2.3 SVPWM技术原理及实现 7
2.4PMLSM系统模型及控制参数整定 10
2.5本章小结 20
第三章基于磁链预估与参数辨识的直线驱动系统研究及仿真研究 20
3.1变量预估与参数辨识原理及常见辨识方法 20
3.2预估变量、辨识参数选择 22
3.3系统参数辨识 22
3.4系统仿真 24
3.5本章小结 25
第四章 结论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
近几年来，迅猛发展着的计算机与自动化设施设备中，对驱动系统各方面的要求都相应提高了许多，如驱动的进给速度、提速以及高速精准定位等方面。在这样的需求下，过去传统的驱动装置，很明显已经不能够满足。直线电机具有直接提供直线推力和可以与负载直连的优势，所以活动部件不会产生弹性，这样便会有有助于提高准确度。与传统电机驱动系统相比，直线电机驱动系统中只有导向系统存在机械磨损这一小问题，因此具有更高的效率及可靠性，同时噪音也会相应降低。在这种时代情况下，许多国家 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
都在研究并应用直线电机，所以直线电机的应用也变得更加广泛。随着电子、控制等技术的迅速发展，必然会有更多的领域需要用到直线电机技术。同时直线电机自身技术的特点，也在一些方面限制了直线电机驱动技术的应用。
1.2课题研究现状
在我国，有关于直线电机的研究以及应用还处于起步阶段。许多研究所及高等院校都在开展相关的研究，包括各种直线电机的制造以及直线电机驱动系统的仿真与设计。但由于起步较晚，很多方面距离达到产品化的要求还距离较远。相比较与外国，由于起步早晚的问题，我国在这方面的研究运用还需要更加努力。就如与日本相比，我国就存在较大落差，对直线电机的运用，早在1996年，日本就将其应用到电火花成型电机中。
1.3本文的主要研究内容
查阅相关文献及资料，学习并掌握一定的直线电机理论、电路设计理论方面的知识。
在理解和掌握相关知识的基础上，分析并研究直线电机驱动的方案及应用可行性的问题，借助Proteus软件对电机驱动系统制定设计与仿真测试。
第二章 驱动系统的构成及控制器设计
明确认识被控对象后，为设计出高效的控制器。优化系统性能，严谨的选择控制的方案方式。对于控制器的设计，直线驱动系统参数整定问题被多方提及，但一直未得到有效解决。在现通常所用的自典型经验设计方案与自整定方案与到现有的一些方法中均有一些不足之处。本章节采用经典頻域设计方案，在各个传递函数的基本条件上，经过简化对控制器的参数进行整定，研究出更为简单有效可对参数进行整定的一款方案。
2．1永磁同步直线电机矢量控制策略的选择
现阶段，同步直线电机的调速控制策略主要有直线转矩控制和矢量控制两种，控制策略选择的合适与否，是实现驱动传动系统性能优化的关键。迄今，矢量控制和直接转矩控制在实践过程中均皆有运用成功的实例，人们仍在不断深入进行它们的应用研究。
在现目前的交流电机实际控制系统中，应用最多的控制理论是1971年由德国数学家Blaschke给出的矢量控制理论。人们在这个理论诞生之后便给予了高度的重视，深入研究了她的理论与运用方面。在理论上被控制的对象建立在精准参数模型上是为矢量控制。电机以相对的低速转动，在较大范围内进行调速，产出更为稳定的电磁力矩。全部电流均作用于电磁力矩的生成时，电机处于启动或制动过程，因拥有这些特点，很大程度上增加了电机过载能力的利用，提升了电机的启动速度与制动速度，电机启制动的优良性能得到了保证。
直接转矩控制则与矢量控制大不相同，他只对实际与设定力矩的相符情况进行保障，以力矩、磁链误差的大小情况以及磁链处在的扇区，对主电路状态元件的开关进行选择，并对电机磁链设定运行轨迹。在电机进行转矩时，磁链滞环控制与电磁转矩产生的脉动是一个不能避免的问题，这将直接影响电机在低速工作时的稳定情况与调节速度范围的大小。此外，磁链电压模型是取用电机的反电势积分建立的，进行低速工作时，其准确性低，电机的低速工作性能和调速范围受到逆变器、电阻与电压有误差等情况影响。在电机启动过程中，定子磁链的起始位置无法取得，系统难以输出对的控制信号，由此电机启动存在困难。通常在固定位置将电机转子拉到再进行启动。
矢量控制技术的研究应用已有三十多年的历程，在系统调速运用方面具有较高的性能，其在电机的低速与高速应用方面都表现了出了非常优异的性能，其体现在启制动特性，稳速特性，抗干扰性均比直流电机的调速应用要优越。在精度要求高的传输系统中，调节速度的范围比已高于104:1，通常采用矢量控制技术调节伺服驱动传动系统速度的范围可达5×103:1104:1.但目前永磁同步电机在运用直接转矩进行控制时，伴随有定子电感小、电机控制周期长、电机转矩脉动、磁链与电流作用大等系列问题。假如永磁同步电机采用直接转矩进行控制，想要达到系统动静态性能的完善，其必须控制在足够短的期限内，另外，低速情况下的磁链观测和转矩观测很难准确实现，电机的速度调节范围无法达到足够宽的范围，难以在电机低速工作时对转矩和磁链进行准确的观测。
结合以上两种控制方案优缺点对比，本研究的控制方案选取矢量控制技术。
2.2 永磁同步直线电机的矢量控制
永磁同步直线电机主要是通过控制矢量来操作的，其控制方法主要是通过控制=0、cos=0、转矩以及电流等。当cos=0的时候，可以有效的减小永磁同步机的容量，这可以运用到大功率的同步机的调速系统中。通过控制恒磁链来增加电动机的转矩，相比于cos=0，其效果更好。通过设置转矩最大值和电流的控制，可以有效提高电机的运转效率，进一步减小电流，降低运作成本，这个常用于逆变器的工作当中，这是这种控制电流和转矩的方式也存在不足，那就是运算太复杂，工作量大，而且还需要DSP来协同工作，很不方便。
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