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永磁直线电动机磁悬浮系统鲁棒控制策略研究

作　者: 张振兴
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: 磁悬浮永磁直线同步电动机 磁悬浮系统 输入/输出反馈线性化 H∞鲁棒控制 数字信号处理器
分类号: TM359.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


论文以高精高速数控机床应用为背景,在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”的资助下,对应用于数控机床的磁悬浮永磁直线同步电动机及其磁悬浮子系统进行研究。主要研究内容如下:(1)磁悬浮永磁直线同步电动机的运行机理研究。从磁悬浮永磁直线同步电动机的运行机理出发,根据磁悬浮永磁直线同步电动机的矢量控制原理,对悬浮绕组采用特殊的iq=0的控制策略,推导出磁悬浮永磁直线同步电动机的电压方程、磁链方程、动力学方程及电磁力的数学模型,并对悬浮力数学模型进行分析和验证。(2)磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮子系统H鲁棒控制器设计。在建立磁悬浮永磁直线同步电动机非线性动态数学模型的基础上,采用输入/输出反馈线性化方法,求出非线性系统的状态反馈控制律,进而通过坐标变换得到该磁悬浮子系统的线性状态空间模型;将磁悬浮子系统的控制问题归结为标准H控制问题,通过求Riccati不等式的正定解得到磁悬浮子系统的H鲁棒控制器,实现对不确定性外部扰动的抑制;运用Matlab/Simulink软件对磁悬浮子系统进行仿真研究。(3)磁悬浮数字控制系统的硬件和软件设计。控制系统的主电路采用功率模块PM50RSA120为核心的电压源型变频器;控制电路主要由TMS320F2812等组成;软件主要包括主程序、定时器下溢中断服务子程序及捕获中断服务子程序等。(4)磁悬浮永磁直线同步电动机的实验研究。为研究样机性能,对磁悬浮永磁直线同步电动机样机的悬浮绕组电动势进行实际测量并进行谐波分析,与悬浮绕组电动势的有限元计算结果进行对比。同时,对用于测量悬浮高度的电涡流传感器的输入输出特性做实验研究。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题来源  10
  1.2 课题的目的及意义  10
  1.3 永磁直线电机的发展与应用现状  10-12
  1.4 磁悬浮技术的发展概况  12-13
  1.5 非线性系统控制技术及发展  13-14
  1.6 论文的主要研究内容  14-16
第二章 磁悬浮永磁直线同步电动机的运行机理与建模  16-28
  2.1 磁悬浮永磁直线同步电动机的运行机理  16-17
  2.2 磁悬浮永磁直线同步电动机的控制策略  17-18
  2.3 磁悬浮永磁直线同步电动机的建模分析  18-23
    2.3.1 假设条件  18-19
    2.3.2 电压方程和磁链方程  19
    2.3.3 动力学方程  19-20
    2.3.4 电磁力数学模型  20-23
  2.4 磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮力的仿真与分析  23-26
  2.5 本章小结  26-28
第三章 磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮系统H 鲁棒控制器设计  28-42
  3.1 磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮子系统的输入/输出线性化  28-33
  3.2 磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮系统鲁棒控制策略  33-37
    3.2.1 磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮系统鲁棒控制模型  33-35
    3.2.2 磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮系统H 鲁棒控制器设计  35-37
  3.3 磁悬浮系统的仿真研究与结果分析  37-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 磁悬浮永磁直线同步电动机磁悬浮控制系统的设计与实验研究  42-63
  4.1 磁悬浮控制系统硬件设计  42-54
    4.1.1 磁悬浮控制系统结构  42-43
    4.1.2 磁悬浮控制系统主电路  43-46
    4.1.3 磁悬浮系统控制电路  46-54
  4.2 磁悬浮控制系统软件设计  54-57
    4.2.1 主程序构成及程序流程图  54-55
    4.2.2 中断服务子程序  55-57
  4.3 磁悬浮数字控制系统实验研究  57-62
    4.3.1 实验样机  57-58
    4.3.2 悬浮绕组空载反电动势测量与谐波分析  58-60
    4.3.3 悬浮高度测量实验结果及分析  60-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章 结论  63-64
参考文献  64-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

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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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