论文部分内容阅读
与传统旋转电机相比，直线振荡电机取消了曲柄连杆结构，直接驱动动子作往复直线运动，因此大大提高了控制效率。同时，直线振荡电机作为空调、冰箱的主要耗能元件，优化直线振荡电机对于节能减排有着重要的意义。本文以提高直线振荡控制精度、提高抗扰动性和减少直线振荡电机成本为出发点，对直线振荡电机控制系统进行了深入的研究。
本文首先介绍了直线振荡电机的基本结构和工作原理，建立了直线振荡电机的三大基本模型，即电磁系统模型、动力学模型和电路模型。
随后搭建了直线振荡电机的控制平台，其中包含驱动平台的整体架构，以及控制电路、驱动电路和调理电路的具体实现。搭建了上位机软件用来监测电机的运行状态。
接着针对传统PID控制算法控制精度低、相位延迟高、抗扰动性差等问题，提出了位置-速度单外环加电流内环的双闭环滑模控制加扩张状态观测器的控制算法结构，有效地提高了直线振荡电机的控制精度，减小了相位延迟并增加了抗负载扰动能力。同时，对算法的可靠性和稳定性进行了理论分析和证明。仿真和实验同时表明：该控制算法能够有效地改善电机的控制性能。
最后针对电机在运行过程中参数的时变性且难以直接跟踪变化、电磁推力系数难以直接测量的问题，提出了梯度校正参数估计算法。该算法能够有效的跟踪电机参数的实时变化情况并有效的直接测量电磁推力系数，有效的解决了在后续位置观测过程中对参数准确性的要求问题。针对位置传感器造价高、浪费空间等问题，提出了采用卡尔曼观测器的方法用于观测直线振荡电机的位置信息并搭建了卡尔曼观测器的数学模型。仿真实验表明：这种电机位置观测方法有较高的精度，能够有效地观测直线振荡电机的位置信息。
本文首先介绍了直线振荡电机的基本结构和工作原理，建立了直线振荡电机的三大基本模型，即电磁系统模型、动力学模型和电路模型。
随后搭建了直线振荡电机的控制平台，其中包含驱动平台的整体架构，以及控制电路、驱动电路和调理电路的具体实现。搭建了上位机软件用来监测电机的运行状态。
接着针对传统PID控制算法控制精度低、相位延迟高、抗扰动性差等问题，提出了位置-速度单外环加电流内环的双闭环滑模控制加扩张状态观测器的控制算法结构，有效地提高了直线振荡电机的控制精度，减小了相位延迟并增加了抗负载扰动能力。同时，对算法的可靠性和稳定性进行了理论分析和证明。仿真和实验同时表明：该控制算法能够有效地改善电机的控制性能。
最后针对电机在运行过程中参数的时变性且难以直接跟踪变化、电磁推力系数难以直接测量的问题，提出了梯度校正参数估计算法。该算法能够有效的跟踪电机参数的实时变化情况并有效的直接测量电磁推力系数，有效的解决了在后续位置观测过程中对参数准确性的要求问题。针对位置传感器造价高、浪费空间等问题，提出了采用卡尔曼观测器的方法用于观测直线振荡电机的位置信息并搭建了卡尔曼观测器的数学模型。仿真实验表明：这种电机位置观测方法有较高的精度，能够有效地观测直线振荡电机的位置信息。