永磁直線同步電機的能量整形控制研究

《永磁直線同步電機的能量整形控制研究》是依託浙大寧波理工學院，由裘君擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：永磁直線同步電機的能量整形控制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：裘君
• 依託單位：浙大寧波理工學院

項目摘要

本項目基於哈密頓理論控制方法，研究永磁直線同步電機伺服控制的能量整形實現。哈密頓系統具有結構清晰、能夠提供系統及其控制行為的物理解釋、哈密頓函式為準Lyapunov 函式等優點。直線電機把電能直接轉換成直線運動，而不需要任何中間轉換機構的電磁傳動裝置，高精度直線電機伺服系統已成為伺服系統新的研究方向。本項目首先通過建立理想條件下永磁直線同步電機的哈密頓函式模型和函式，實現能量整形控制；然後基於偽哈密頓控制理論在參數時滯、傳輸損耗和協同控制中的套用，實現參數變化和負載擾動環境下永磁直線同步電機伺服控制，來克服由於直線電機的端部效應、參數變化以及負載擾動等非線性因素給系統伺服性能帶來的影響，並從理論仿真和實驗兩方面驗證所提方法的有效性。該項目屬於非線性控制科學與運動控制技術交叉的前沿方向之一，從能量觀點入手，打破常規伺服系統控制思路，提高伺服系統的魯棒性和精確性，具有重要的經濟和社會效益。

結題摘要

本課題基於哈密頓理論控制方法，研究了永磁直線同步電機伺服控制的能量整形實現方法。由於直線電機能把電能直接轉換成直線運動，而不需要任何中間轉換機構的電磁傳動裝置，因此近年來直線電機套用的飛速發展，高精度直線電機伺服系統也成為伺服系統新的一個發展方向。哈密頓系統是非線性領域中的重要研究領域，具有結構清晰，能夠提供系統及其控制行為的物理解釋，哈密頓函式就是為準 Lyapunov 函式等優點，把哈密頓系統理論套用於永磁直線同步電機控制是有實際理論意義和套用意義。課題首先在理想條件下，在旋轉坐標系dq軸中，結合系統物理意義的電能和動能系統哈密頓函式被引出，通過反饋耗散哈密頓設計方法，實現了永磁直線同步電機的速度控制，在對比了固定阻尼參數控制效果後，提出了阻尼參數自整定PID控制方法，結合永磁直線同步電機的位置伺服控制要求，通過引入位置控制外環，實現了永磁直線同步電機的位置伺服控制。負載阻力通常未知，通過自適應反饋耗散哈密頓控制方法，引入負載阻尼虛擬能量參數，設計了擴展系統哈密頓能量函式，同時將永磁直線同步電機系統數學模型進行擴充，得到了負載阻力估計方程，實現了負載阻力自適應計算。通過自適應反饋耗散哈密頓控制方法，針對系統控制中通常系統磁鏈參數會發生變化，或者系統邊緣磁鏈發生變化的問題，提出了自適應磁鏈控制器，當磁鏈發生改變時，所提出的磁鏈估算方程可以很好的跟蹤系統磁鏈變化，提高了系統的魯棒性和穩定性。通過實驗驗證，所提出的基於能量整型思路的永磁直線同步電機伺服控制方法有效，可以快速、精準、穩定的跟隨系統的期望伺服需求，所提出的自適應算法可以回響系統參數變化，提高系統的魯棒性能，克服了由於直線電機的端部效應、參數變化以及負載擾動等非線性因素給系統伺服性能帶來的影響，為永磁直線同步電機的伺服控制提供了一種新思路。