磁悬浮平面电机的解耦控制策略

用于光刻加工的磁悬浮平面电机的6个运动自由度之间存在着紧密的电磁和力学耦合。为实现各运动自由度的解耦控制,提出了直线电机型电磁执行器的电流控制模型、基于模式力的解耦动力学模型和平面电机解耦控制策略。模式力使各自由度的动力学模型不再存在耦合,且都为简单的2阶线性系统。设计了样机的X位置伺服控制器,仿真结果表明该控制器使解耦后的X位置控制达到了预期的动、静态性能,并具有良好的抗扰性和鲁棒性。     

Halbach型磁悬浮平面电动机电流控制方法

Halbach型磁悬浮平面电动机的6个运动自由度之间存在紧密的电磁和力学耦合。为实现平面电动机的解耦控制,首先介绍了平面电动机的结构和工作原理,分析了Halbach型直线电动机执行器的特点并提出其电磁力方程,接着引入了基于模式力的解耦动力学模型,提出了模式力的电流分配方法以及垂直和水平运动的电流控制策略,文末对电流控制方法的可行性进行了探讨,设计了垂直运动的伺服控制器并进行了相关仿真。电流控制方法使6个运动自由度的运动控制方程之间不再存在耦合,且都为简单的二阶线性系统,为平面电动机控制奠定了理论基础。     

基于电流分配系数自适应修正的平面电机解耦控制

对于模型参数具有不确定性的平面电机运动系统,电流分配策略是引起其多自由度耦合行为的本质.但现有解耦控制的研究主要集中于各运动自由度控制算法的设计,没有从电流分配的物理层面解决耦合问题.论文针对平面电机三自由度解耦控制,建立了各线圈单元通电电流与三自由度位移输出之间的ARMA(auto regressive and moving average)模型,以实测输出与估计输出之间的残差平方最小为优化目标,提出了一种基于电流分配系数自适应修正的解耦控制算法,并给出了可用于实际控制的递推离散化方法.通过在线调节,使电流分配系数估计值逼近实际模型参数,从物理本质减小了多自由度耦合作用.采用轨迹跟踪实验,并与基于数据解耦控制方法进行对比,结果表明该方法提高了平面电机的定位与运动精度,验证了其对一类MIMO(multiple input multiple output)运动系统多自由度解耦的有效性.     

超精密六自由度微动台耦合动力学建模及分析

多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)运动控制系统中,自由度耦合是影响系统运动性能的关键因素。因此,为实现运动系统高速度下纳米级定位精度和轨迹跟踪精度,需要从控制对象内部的耦合机理出发,建立耦合模型,并在此基础上建立动力学模型,实现系统内部的力学解耦。该文研究对象是一种无接触式六自由度微动台,此微动台有8个洛伦兹电机提供驱动力,且竖直方向具有重力平衡装置。基于微动台的结构模型和控制要求,建立了2类主要耦合模型:位置相关耦合和力相关耦合。其中,位置相关解耦连接控制点到质心,力相关解耦连接质心到各驱动力。最后进行了实验验证,实验结果证明了动力学模型的可行性和有效性。     

同步电动机三自由度内模动态解耦控制

为了解决矢量控制只能实现电机转矩与磁链的静态解耦,不能实现两者的动态解耦的问题,探讨了多自由度内模解耦方案。由于一自由度内模解耦,当电机参数非同步变化时,电机定子电压方程仍存在耦合现象;而二自由度内模解耦,耦合程度虽有所减少,但动态解耦仍不完全;提出了三自由度内模解耦控制方案。该方案中通过前馈控制器、内模控制器、反馈滤波器的设计,从而实现动态全解耦。通过同步电动机内模解耦控制的仿真与实验结果证明了三自由度内模解耦控制方案能够实现动态完全解耦。     

三自由度永磁同步平面电机的控制策略

在介绍三自由度平面电机的结构和工作原理之后,提出执行器的电磁力方程和平面电机的运动控制方程,推导合外力和执行器水平电磁力的转换方程,提出平面电机的三自由度解耦控制策略.设计三个自由度的位置伺服控制算法,进行单自由度定位和三自由度同时定位实验.平移运动的上升时间为0.1 s,稳态误差为10 μm,旋转运动的上升时间为0....     

基于复矢量的电流环解耦控制方法研究

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)采用矢量控制后,可以实现电流静态解耦,但动态耦合关系依然存在,而且随着转速的升高,耦合作用的影响也越来越严重。传统的电压前馈解耦控制(voltage feed forward decoupling control,VFDC)对参数变化敏感,因此提出一种基于复矢量的电流环解耦控制策略。电机模型包含一个随速度变化的极点,因此电压前馈解耦控制器的固定零点很难保证全速度范围内的零极点对消;复矢量控制器包含一个随速度变化的虚轴零点,从而实现控制器的零点与被控对象的极点完全解耦。该文采用复矢量的分析方法建立了更精确的电机控制模型,并通过传递函数对解耦特性进行了分析,在此基础上给出了可用于仿真和实验的d-q轴的控制模型。仿真和实验结果表明复矢量解耦控制器有效提高了电流环的控制性能。     

标量解耦在无传感器矢量控制系统中的应用

为了实现三相异步电机高性能的调速控制,引入了旋转坐标系矢量分析法,采用一种基于PI控制器和电压解耦原理的感应电机简化模型.分析了同步旋转坐标系下PI控制器在解耦方面的不足.通过在定子电压指令中增加解耦项,即在励磁和转矩信号输入端增加一个标量解耦环节,可以消除感应电机的内部耦合.基于系统仿真,在自行搭建的无传感器矢量控制系统实验平台上进行了调速实验.实验结果表明,系统具有良好的动静态调速控制性能.     

一种异步电机的电流环解耦控制方法

在异步电机的矢量控制系统中,电流控制器处于内环,对系统响应的准确性和快速性有着重要影响。然而矢量控制经过坐标变换后,电流环中的d、q轴之间仍存在交叉耦合,并且随着同步频率增加耦合分量加大;另一方面,数字延时的存在使耦合加剧进一步降低了电流环特性,对于大功率低开关频率交流传动的影响尤其明显,严重时可能导致系统不稳定。为了实现良好的解耦控制,基于复矢量分析方法建立了更加精确完整的电机模型,提出一种电压解耦控制的电流控制器,在此基础上引入了延时及其补偿方法,并通过复矢量传递函数对控制策略的动态解耦性及鲁棒性进行了研究。仿真和实验结果表明所提方法有效提高了电机动态控制性能。     

永磁同步平面电机电流分配策略

应用洛伦兹力公式建立了永磁同步平面电机线圈电流与线圈所受电磁推力和电磁转矩之间关系的数学模型,针对平面电机具有6个运动自由度的特点,提出了实现电磁推力和电磁转矩同步解耦的电流控制策略.在此基础上,分别对悬浮力及水平推力电流的分配方式进行了理论分析和有限元仿真,仿真结果表明,所采用的电流分配策略可以有效地实现电磁推力和电磁转矩的同步解耦.     

无轴承永磁同步电机径向悬浮力动态解耦控制

针对无轴承永磁同步电机径向悬浮力之间存在的非线性、强耦合问题,提出基于神经网络逆系统方法的无轴承永磁同步电机径向悬浮力动态解耦控制策略.在分析无轴承永磁同步电机的工作原理和径向悬浮力产生机理的基础上,建立径向悬浮力的数学模型,并对该数学模型进行可逆性分析,证明此系统可逆.利用神经网络逆系统方法,将原来的非线性强耦合的多...     

无轴承永磁同步电动机悬浮力的前馈解耦控制方法

对于具有多变量、非线性、强耦合的无轴承永磁同步电动机悬浮与调速系统,实现电机两悬浮力分量之间以及悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是提高其系统性能的关键。建立了无轴承永磁同步电动机耦合的悬浮力模型,提出了一种前馈解耦方法,设计了前馈解耦控制器,将之串接于悬浮子系统中,实现了上述多变量之间的完全解耦,进行了控制系统的仿真研究。仿真结果证实了控制方案的可行性,控制系统具有优良的动、静态调节性能。     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机，是一个复杂的强耦合的非线性系统，建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型，是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提，实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上，推导了径向悬浮力和电机数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统，利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统，对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动态性能。     

无轴承永磁同步电机数字控制系统的设计

通过分析无轴承永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)的旋转部分和径向力部分的数学模型,应用无轴承PMSM基于转子磁场定向的矢量控制,实现了旋转力矩和径向力之间的静态解耦,并根据控制的需要设计了以TMS320LF2407为控制器核心的无轴承PMSM数字控制系统,并详细分析了实验结果,得出不同速度指令F的电流波形特性.     

基于神经网络逆系统理论无轴承异步电动机解耦控制

无轴承异步电动机是一个多变量、非线性、强耦合的系统,其径向力和转速之间存在交叉耦合,若要实现电动机转子稳定悬浮和运行,必须对电动机转速和径向力进行动态解耦控制。为此,本文提出了一种基于神经网络逆系统的无轴承异步电动机解耦控制方法。理论分析表明,此方法可以将无轴承异步电动机动态解耦成位移子系统、转速子系统和磁链子系统,从而简化外环控制器的设计,进一步提高整个系统的控制性能。最后,对采用所提解耦方法的整个无轴承异步电动机控制系统进行了仿真和初步的实验研究,结果验证了该解耦方法的有效性。     

基于a阶逆系统五自由度无轴承永磁电机解耦控制

文中应用多变量非线性控制a 阶逆系统方法，对新型五自由度无轴承永磁同步电机这一多变量、非线性、强耦合的控制对象进行动态解耦控制研究。介绍了新型五自由度无轴承永磁同步电机结构，阐述了a 阶逆系统方法，分析了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承永磁同步电机径向力产生机理，给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承永磁同步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，分析了基于a 阶逆系统方法解耦控制的可行性，推导出基于a 阶逆系统方法的动态解耦控制算法，并进行了仿真研究。仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承永磁同步电机转矩力和悬浮力之间的动态解耦控制，系统具有良好的动、静态性能。     

基于有限元法的电动汽车永磁同步电机模态分析

车用永磁同步电机(PMSM)追求轻量化的设计带来了更为严重的电机振动噪声危害。准确分析计算PMSM的模态是对其进行振动噪声特性研究的基础。采用有限元法对电动汽车PMSM进行模态仿真计算。通过对电机模型进行适当的简化与等效,计算出电机自由状态下前6阶的固有频率及其对应的振型;并将样机进行锤击法的模态试验,验证了电机有限元模态仿真模型的准确性。     

无轴承异步电机解耦控制策略

针对2极转矩绕组和4极悬浮绕组构成的无轴承异步电机悬浮力耦合问题,利用悬浮绕组数学模型及其等效电路图,分析了转子感应电流对悬浮力控制的影响.在考虑悬浮绕组转子感应电流导致悬浮力耦合的基础上,研究了逆系统的悬浮解耦控制策略,构造了以悬浮绕组励磁电流为位移控制量的悬浮力控制模型.仿真及实验结果表明,该模型能实现悬浮力完全解耦,其控制器可以独立控制相对应的悬浮力,为无轴承全速范围悬浮控制提供借鉴.