横向磁场永磁直线电机位置伺服系统的研究.doc

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Classified Index:TM359.4 U.D.C:621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering POSITION SERVO SYSTEM OF TRANSVERSE FLUX PERMANENT MAGNET LINEAR MOTOR  Candidate： Supervisor： Academic Degree Applied for： Specialty： Affiliation： Date of Defence： Degree-Conferring-Institution：  Li Shuai Prof. Liang Weiyan Master of Engineering Electrical Machine and Apparatus Dept. of Electrical Engineering June, 2010 Harbin Institute of Technology II 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文  摘  要  直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要任何中间转换机 构的传动装置，它具有结构简单、无离心力作用、直接产生电磁推力等一系列旋转 电机无可比拟的优点，所以使其越来越受到人们的重视。而横向磁场永磁直线电机 (TFPMLM)更是以其电磁力密度大的优异性能在低速大推力直线运动领域显示了广 阔的应用前景，由于其本身结构上同传统直线电机有较大差异，因此对横向磁场永 磁直线电机及其位置伺服控制系统进行研究具有十分重要的意义。 本文主要针对横向磁场永磁直线电机及其位置伺服系统进行了研究。首先分析 了横向磁场永磁直线电机的结构及其工作原理和一些基本的电磁关系，确定出确定 出以 id?? 0 的矢量控制策略为基础，基于电流环、速度环和位置环的三环控制方案。 系统控制器的设计直接影响到系统的性能和控制方案的实现。本系统的电流环、速 度环和位置环都采用了经典的 PID 控制器，建立了电流环、速度环及位置环的等效 动态模型，将各环节校正为 I 型系统，设计了相应的控制器结构，计算出了各个控 制器的参数。 然后利用 MATLAB/SIMULINK 对系统进行了仿真研究。先建立了直线电机在 d-q 坐标系下的仿真模型，然后在此基础上建立了控制系统的完整模型，深入分析 了仿真结果，验证了控制方案及控制器设计的可行性。 接着设计了系统的硬件和软件。硬件平台是以 TMS320F2812 为核心控制芯片， 以增量式光栅尺为位置传感器，由控制电路、电流检测保护、功率驱动电路及位置 检测电路等组成。对于软件部分，利用 C 语言在 CCS3.1 的开发平台上设计了主程 序及中断服务子程序等，并对系统的软件进行了调试。 最后搭建了由电源、硬件开发平台、横向磁场永磁直线电机及光栅尺组成的实 验系统，进行了一系列的实验研究，包括速度闭环试验、定位实验、往复运动实验 等。通过实验验证了横向磁场永磁直线电机的位置伺服控制采用 id?? 0 的矢量控制 方式是切实可行的。 关键词：永磁直线电机；横向磁场；矢量控制；PID I 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract The linear motor is a sort of transmission system that transfers electric energy to linear motion directly and more and more attention has been aroused to the linear motor because of its favorable features of simple structure, no centrifugal force, etc. Especially the transverse flux permanent magnet linear machines (TFPMLM for short) have shown a brilliant prospect in low speed, high torque systems. For the special configuration and large thrust force, it’s necessary to develop a further research on the TFPMLM and its servo control system. In this paper, the servo control system of a transverse flux permanent magnet li