永磁同步直线电机无E+E位置传感器动子位置估计研究
传统滚轴丝杆结合旋转电机的驱动控制方式是工业控制中常见的产生直线运动的策略,其控制精度会由于中间转换机构而减小,而永磁同步直线电机(PMSLM)由于其推力大、加速度高、动态响应好、定位精度高等优点逐渐被用于高速高精密加工机床中。为了实现PMSLM精确位置控制,能否获得精确的直线电机动子实时运动位置至关重要。

永磁同步直线电机无E+E位置传感器动子位置估计研究
直线电机闭环控制系统一般都是采用高分辨率的E+E位置传感器来检测直线电机动子的运动位置,如光栅尺,磁栅尺等。然而E+E位置传感器对工作环境要求很高,需要额外的外部辅助电路模块才能正常工作,此外对安装工序的要求也很苛刻,。针对E+E位置传感器给控制系统带来的一系列弊端,将无E+E位置传感器控制技术应用于永磁同步直线电机直接驱动控制系统中,克服了E+E位置传感器给直线电机闭环驱动控制系统所带来的局限性。本课题就无E+E位置传感器控制技术对实现直线电机的动子运动位置估计进行了研究探讨。首先,简要分析了PMSLM的工作原理,基于坐标变换原则,推导了在dq和αβ坐标系下的PMSLM数学方程。针对传统直线电机闭环驱动控制系统中E+E位置传感器所带来的弊端,提出了基于无E+E位置传感器控制技术的PMSLM动子位置估计矢量控制系统。在PMSLM无E+E位置传感器控制系统中,由于在初始上电时缺少额外的E+E位置传感器来检测直线电机的初始磁极位置,因此本文研究了PMSLM初始位置检测方法以及PMSLM在没有E+E位置传感器时上电启动方法。其次,在非线性系统状态估计理论的基础上,研究了PMSLM的无E+E位置传感器控制技术。根据Kalman滤波器工作原理,研究了其另外一种形式,即扩展卡尔曼滤波算法(EKF),并且深入研究了EKF算法的工作原理,同时推导了其递推计算公式。根据EKF算法的递推结构,建立了PMSLM的状态数学方程,同时在M MATLAB中搭建了基于EKF算法的PMSLM无E+E位置传感器动子位置估计系统的仿真控制模型,仿真结果表明该算法能够准确的估计直线电机动子的实时运动位置,在宽位置范围内均能很好的跟踪直线电机的动子位置,具有良好的动态响应和鲁棒性。

永磁同步直线电机无E+E位置传感器动子位置估计研究
zui后,搭建了实验硬件控制平台,结合半实物仿真控制系统AD5435对EKF动子位置估计算法进行了实验验证,通过实验结果对EKF估计器的精度进行了分析,结果表明该算法用于永磁同步直线电机的动子位置估计是可行的,具有较好的跟随性能。对PMSLM无E+E位置传感器动子位置实时估计的研究在高速高精度直驱闭环控制系统领域中具有重要意义。