直线机

永磁直线电机控制系统仿真

发布时间:2022/6/3 18:22:50   
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直线电机在生产和制造过程中的主要任务是拖动负载实现位置伺服、速度调节、和推力的控制。在采用的动子磁场定向控制实现电流解耦条件下,决定电机运动速度的推力等效为电枢电流的q轴分量。通过与推力相应的电流控制就能够有效控制电机运行速度,而高性能的速度控制才使高精高速的位置控制成为可能。因此,对PMLSM直线伺服系统采用如图1所示的三环控制结构,并对电流环、速度环和位置环采用由内到外的顺序进行控制策略确定和控制参数的整定。由于PMLSM的数学模型是建立在电机次级0dq旋转坐标系上,其矢量控制是按次级磁场进行定向。系统主要由以下几个部分组成:位置检测、速度计算和电角度计算模块;坐标变换模块;SVPWM和3相逆变模块;电流环电流调节器、动子质量辨识模块、速度环调节器、位置调节器和位置前馈补偿模块。

系统的控制过程为:位置指令与直线光栅编码器的反馈位置信号相比较后经过位置环调节器的信号,再加上位置指令的前馈补偿信号,作为速度环的速度给定;速度给定指令与速度反馈比较后经过速度环调节器得到电流环电流矢量给定指令(此时令);电流矢量给定指令、与三相逆变器输出电流经坐标变换得到的电流反馈值、比较后进入电流环调节器,再经Park逆变换和SVPWM模块,产生六路PWM信号来控制三相逆变器的输出。

如图1所示的三环控制结构

图2总体仿真

图3SVPWM调制模块

图4直线电机数学模型

图5仿真结果

采用Simulink量化模块对系统位置输出进行量化并转化为反馈脉冲数,实现对编码器的仿真。系统仿真的直线编码器分辨率为1,故量化的步长设为1e-6。电机加N阻力,并给定指令以0.5m/s的速度移动mm距离,则应给定脉冲:频率KHz,数值为4e5仿真时间为2秒。

仿真结果如上所示,最大定位误差为14个脉冲数。图5-a)中虚线为位置环控制器加入前馈补偿之前的响应曲线,实线为加入前馈补偿后的响应曲线,可见加入位置前馈补偿可有效增加系统动态跟踪性能。图5-b)为速度响应曲线,图5-c)为对应三相电流响应曲线,图5-d)相应推力输出响应。

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