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永磁同步直線電機無E+E位置傳感器動子位置估計研究
傳統(tǒng)滾軸絲桿結(jié)合旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動控制方式是工業(yè)控制中常見的產(chǎn)生直線運動的策略,其控制精度會由于中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)而減小,而永磁同步直線電機(PMSLM)由于其推力大、加速度高、動態(tài)響應(yīng)好、定位精度高等優(yōu)點逐漸被用于高速高精密加工機床中。為了實現(xiàn)PMSLM精確位置控制,能否獲得精確的直線電機動子實時運動位置至關(guān)重要。

永磁同步直線電機無E+E位置傳感器動子位置估計研究
直線電機閉環(huán)控制系統(tǒng)一般都是采用高分辨率的E+E位置傳感器來檢測直線電機動子的運動位置,如光柵尺,磁柵尺等。然而E+E位置傳感器對工作環(huán)境要求很高,需要額外的外部輔助電路模塊才能正常工作,此外對安裝工序的要求也很苛刻,。針對E+E位置傳感器給控制系統(tǒng)帶來的一系列弊端,將無E+E位置傳感器控制技術(shù)應(yīng)用于永磁同步直線電機直接驅(qū)動控制系統(tǒng)中,克服了E+E位置傳感器給直線電機閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)所帶來的局限性。本課題就無E+E位置傳感器控制技術(shù)對實現(xiàn)直線電機的動子運動位置估計進行了研究探討。首先,簡要分析了PMSLM的工作原理,基于坐標(biāo)變換原則,推導(dǎo)了在dq和αβ坐標(biāo)系下的PMSLM數(shù)學(xué)方程。針對傳統(tǒng)直線電機閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)中E+E位置傳感器所帶來的弊端,提出了基于無E+E位置傳感器控制技術(shù)的PMSLM動子位置估計矢量控制系統(tǒng)。在PMSLM無E+E位置傳感器控制系統(tǒng)中,由于在初始上電時缺少額外的E+E位置傳感器來檢測直線電機的初始磁極位置,因此本文研究了PMSLM初始位置檢測方法以及PMSLM在沒有E+E位置傳感器時上電啟動方法。其次,在非線性系統(tǒng)狀態(tài)估計理論的基礎(chǔ)上,研究了PMSLM的無E+E位置傳感器控制技術(shù)。根據(jù)Kalman濾波器工作原理,研究了其另外一種形式,即擴展卡爾曼濾波算法(EKF),并且深入研究了EKF算法的工作原理,同時推導(dǎo)了其遞推計算公式。根據(jù)EKF算法的遞推結(jié)構(gòu),建立了PMSLM的狀態(tài)數(shù)學(xué)方程,同時在M MATLAB中搭建了基于EKF算法的PMSLM無E+E位置傳感器動子位置估計系統(tǒng)的仿真控制模型,仿真結(jié)果表明該算法能夠準(zhǔn)確的估計直線電機動子的實時運動位置,在寬位置范圍內(nèi)均能很好的跟蹤直線電機的動子位置,具有良好的動態(tài)響應(yīng)和魯棒性。

永磁同步直線電機無E+E位置傳感器動子位置估計研究
zui后,搭建了實驗硬件控制平臺,結(jié)合半實物仿真控制系統(tǒng)AD5435對EKF動子位置估計算法進行了實驗驗證,通過實驗結(jié)果對EKF估計器的精度進行了分析,結(jié)果表明該算法用于永磁同步直線電機的動子位置估計是可行的,具有較好的跟隨性能。對PMSLM無E+E位置傳感器動子位置實時估計的研究在高速高精度直驅(qū)閉環(huán)控制系統(tǒng)領(lǐng)域中具有重要意義。