摘要:针对永磁直线同步电机伺服系统,提出滑模速度观测器和P-IP位置控制策略,来实现参考位置信号的跟踪控制。详细分析了滑模速度观测器的模型结构,给出观测器增益值的确定方法和速度观测算法。详细分析了P-IP控制器的结构和参数确定方法。采用高性能DS1103控制器作为控制核心,搭建永磁直线伺服系统。实验结果表明,滑模观测器能够准确观测动子直线速度和位置,所提出的位置控制系统具有准确的跟踪能力,对外部扰动具有很强的鲁棒性。
关键词:滑模观测器;永磁直线同步电机;P-IP控制器;伺服系统
永磁直线同步电机(PMLSM)构成的直线伺服系统,不仅具有较小的摩擦力和较大的直线推力,而且能够实现较长距离的位置控制且快速、精
度高,因此该系统在高性能直线位置伺服系统中显示出更强的优越性。目前一般采用扩展电动势[1]、状态观测器[2]、卡尔曼滤波器[3]和滑模变结构[4~6]等方法实现伺服系统的无速度传感器控制,而且无速度传感器控制方法多集中在感应电机和永磁旋转电机系统中。
本文详细分析了PMLSM滑模速度观测器及P-IP位置控制器下的伺服驱动系统,给出观测器增益值及P-IP控制器的参数确定方法。实验结果表明该方法具有很好的信号估计能力,并且系统具有很好的鲁棒性。
对于无速度传感器控制下的PMLSM伺服驱动系统,为了方便使用滑模观测器估计动子速度和位置信息,这里采用静止坐标系α-β下的PMLSM数学模型。
PMLSM伺服驱动系统由PMLSM、电流滞环控制器、dq/abc坐标变换器、abc/αβ坐标变换器、P IP(位置速度)控制器、sin/cos信号生成器及滑模观测器等组成。
将直线电机的动子励磁磁链定向于定子永磁体磁场的d轴(直轴),则动子励磁磁链就是等效直流电动机的励磁磁通,绕组d相当于励磁绕组id相当于励磁电流;绕组q相当于伪静止的电枢绕组,iq相当于与电磁推力成正比的电枢电流。当电枢电流直轴分量id=0时,交轴分量最大,此时单电流所产生的电磁推力最大,使电机输出最佳恒定推力。
针对无速度传感器下的永磁直线同步电机伺服系统,采用滑模观测器能够准确观测电机直线速度和位置。P IP(位置速度)控制器具有很小的超
调量,直线伺服系统获得优良的调节性能及零稳态误差,同时系统具有很强的鲁棒性。采用DS1103控制器板、智能功率模块等外围器件可以完整地搭建无速度传感器永磁直线同步电机实验平台,该结构能够很好地实现电机的各种控制算法。
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