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基于LMI的磁悬浮永磁直线伺服系统H_∞控制的研究

作 者: 杨波
导 师: 蓝益鹏
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 磁悬浮永磁直线电动机 数学模型 矢量控制 线性矩阵不等式
分类号: TM359.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


磁悬浮永磁直线电动机兼有永磁电动机和直线电动机的双重优点,并具有非接触、无摩擦、无磨损等特点。在数控机床中具有广阔的应用前景。论文以国家自然科学基金项目:“数控机床直接磁悬浮永磁直线电动机及其伺服控制系统研究(项目批准号:50975181)”为背景,研究磁悬浮永磁直线电动机伺服系统。针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,采用基于线性矩阵不等式(LMI)的方法设计鲁棒控制器,以保证在不确定性扰动时具有良好的鲁棒性。在课题的研究过程中主要做了以下工作:(1)分析磁悬浮永磁直线电动机的运行机理,建立磁悬浮永磁直线电动机的数学模型。磁悬浮永磁直线电动机采用两套电气上相互独立的绕组,即推力绕组和悬浮绕组,分别产生电磁推力和可控的磁悬浮力。针对推力绕组,得到磁悬浮永磁直线电动机进给系统在d ? q坐标系的数学模型。(2)对磁悬浮永磁直线电动机采用矢量控制方法把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统。然后根据H∞性能指标与线性矩阵不等式的等价性,将进给系统的设计问题转化为对LMI的求解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器。在MATLAB环境下应用Simulink搭建系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,以检验该控制策略对不确定性扰动抑制的有效性。(3)论文应用矢量控制原理,以DSP TMS320F2812芯片为系统的控制核心,三菱公司PM15RSH120智能功率模块作为逆变器开关器件,运用空间电压矢量脉宽调制技术,构建一个基于DSP的磁悬浮永磁直线电动机控制系统平台。同时设计中采用电流传感芯片IR2175电流检测电路、保护电路等。并进行实验研究。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 课题来源  10
  1.2 课题研究的背景及意义  10-11
  1.3 磁悬浮永磁直线电动机概述  11-15
    1.3.1 永磁电机的发展  11-13
    1.3.2 直线电机的发展  13-14
    1.3.3 磁悬浮永磁直线电动机及其在应用中存在的问题  14-15
  1.4 磁悬浮永磁直线电动机控制策略  15-20
    1.4.1 磁悬浮永磁直线电动机的控制方法  15-18
    1.4.2 H∞鲁棒控制理论的发展  18
    1.4.3 线性矩阵不等式(LMI)理论介绍控制理论的发展  18-20
  1.5 论文主要研究内容  20-22
第二章 磁悬浮永磁直线电动机的工作原理及其数学模型  22-34
  2.1 永磁直线电动机的工作原理  22-23
  2.2 磁悬浮永磁直线电动机的结构  23-24
  2.3 磁悬浮永磁直线电动机的工作原理  24-25
  2.4 磁悬浮永磁直线电动机的数学模型  25-33
    2.4.1 磁悬浮永磁直线电动机坐标系  25-27
    2.4.2 坐标变换  27-29
    2.4.3 磁悬浮永磁直线电动机的d-q 轴数学模型和推力表达式  29-30
    2.4.4 矢量控制解耦控制技术  30-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章 基于LMI的磁悬浮永磁直线伺服系统H∞控制器的设计  34-45
  3.1 基于LMI 的H∞状态反馈控制问题的描述  34-35
  3.2 基于LMI 的H∞状态反馈控制问题的解  35-37
  3.3 基于LMI 方法对磁悬浮永磁直线电动机伺服系统H∞控制器的设计  37-44
    3.3.1 问题的描述  37-38
    3.3.2 LMI 的求解  38-39
    3.3.3 仿真研究  39-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 磁悬浮永磁直线电动机伺服系统的设计  45-57
  4.1 磁悬浮永磁直线电动机伺服系统的设计  45-49
  4.2 检测电路  49-53
    4.2.1 电流检测电流  49-51
    4.2.2 电机的速度检测电路  51-52
    4.2.3 保护电路  52-53
    4.2.4 电源模块  53
  4.3 实验设计  53-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 结论  57-58
参考文献  58-61
在学研究成果  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 直线电机
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