Buheniliao永磁同步直线电机模糊PID控制的研究.docx

Buheniliao永磁同步直线电机模糊PID控制的研究图1永磁同步直线电机模型方框图分析电流环控制，其构造为一个带有电流负反应的功放驱动级，而在实际应用中，与电机相配套的驱动器内部含有这样一个具有电流负反应功放驱动电路。如图2.6所示的模型，带有电流反应功放级的电机模型方框图。其中为给定电流控制信号，电流环中的ACR(Automaticcurrentregulator)的参数在驱动器设计时就已经确定好，一般是不可调节的。其功放驱动级相当于一个电流源，电机的电枢电流直接由功放级的输入信号所控制，反电势的影响被负反应电流回路所抑制，另外，因为电机的机械惯性比电枢绕组的电磁惯性大很多，电流环的响应速度比电机速度环的响应速度要快得多，因此，在实际中反电势回路的影响可以忽略不计。图2带电流负反应的直线电机模型通常电流环的带宽一般在速度环带宽5倍以上，并且电流滤波、逆变器控制的滞后，均可等效为小惯性环节，可以按照小惯性环节的处理方法合成为一个小惯性环节。因此在进展速度环和位置环控制器设计时，常把电流环等为一个小惯性环节，甚至有时还会将其传递函数直接等效1。假设将电流环等效为一个小惯性环节，根据经历，其时间常数在左右，进一步简化模型，如图3所示。图3简化后的永磁同步电机模型方框图2.2整个控制系统的数学模型在实际系统中，采用直线光栅尺作为位移传感器，用以实时检测电机动子的位置，并通控制器的相应计算，间接得到动子的运行速度。在系统的建模和仿真经过中，可以以将位置传感器作为单位反应元件来处理。同样，在速度闭环控制中，速度传感器也作为单位反应元件来处理。在本文设计中，速度的反应间接通过位置传感器得到，在控制芯片的处理速度足够快的情况下，可以认为速度反应为实时反应。在本课题中，主要研究的是直线电机模型问题，即直线驱动控制系统推动某负载，在有效的行程内，能以给定的速度稳定运行，最终以固定的速度将负载弹出轨道的经过。同时，在设计的经过中，要保证速度响应既要快，又要无差，并在一定内部、外部扰动模型参数摄动、摩擦力的情况下，保持系统的稳定性、快速性。为了进步系统的进步对外部扰动的干扰才能，和保证系统的响应速度，将整个系统设计为一个速度环、电流环双闭环的串级控制系统。根据上面的分析和简化，整个系统的数学模型如图4所示。其中，电流环已经被简化为一个小惯性环节。图4简化后的系统方框图如下列图4所示，为直线电机的速度反应控制的系统框图，其相关参数为：系统开环传递函数为：3速度控制方案确实立在直线电机伺服控制系统中，直线电机动子直接驱动负载，负载的变化和外部干扰将直接影响伺服系统的性能，同时，直线电机的端部效应，系统参数(动子质量、粘滞摩擦系数等)变化，和状态的观测噪声等都会降低系统的伺服性能，传统PID控制已经无法胜任。所以本文采用模糊控制来进展设计。模糊控制器的本质是模糊PD控制器，利用反应系统中的误差信号及其变化率来计算控制量的方法称为模糊PD控制。模糊控制的根本原理是根据现有的专家知识生成的专家知识库，通过模糊推理产生控制输出。如图5为永磁同步直线电机的速度进展模糊控制的方框图。图5永磁同步直线电机模糊速度控制系统构造模糊量化时，输入模糊变量为速度误差E和误差变化律EC，输出模糊变量为U。建立本模糊推理模型的双路输入，单路输出。变量E、EC和U论域设为，模糊变量，和v都有7个模糊语言值，分别为：PB，PM，PS，ZO，NS，NM，MB。量E，EC和U根据一定的隶属关系用模糊集来表示。本文中的各变量的隶属函数选用三角形隶属函数。如图6所示。图6各变量、和的隶属度函数