基于模糊-PID的永磁同步直线电机控制方法研究

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永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)具有反应迅速,定位精度高,速度和加速度快、推力强度大、损耗低等优点,使其广泛的应用于精密工业制造业,数控机床、医疗器械,航空航天设备,自动绘图仪等高精度高科技领域。但永磁同步直线电机也是一个非常复杂的的系统,具有非线性、强耦合、时变的特点。由于其自身结构特殊,在运行中又要受到如永磁体的不均匀、动子质量、负载的扰动、环境的变化等扰动因素,不易达到精确控制。其次,直线电机的的传动方式不同于传统的传动方式(传统的传动方式为“旋转电机+滚珠丝杆”),它的传动过程没有中间环节,属于零传动方式,不能吸收或者缓冲这些扰动,控制难度又有所加大。传统的PID控制由于其结构简单,使用简便,在一般的工业控制以及电机控制系统领域应用广泛。但对于直线电机应用广泛的精密工业制造业等要求控制精确的领域,由于PID控制器的参数Kp、Ki、Kd无法随着系统的扰动而变动,难以保证系统能够精确控制。针对以上问题,本文提出一种基于智能融合的模糊-PID控制策略。首先,本文以直线电机的理论为依据,介绍了直线电机的结构与工作原理,建立了d-q轴的PMLSM的数学模型。其次,介绍了空间矢量控制方法(SVPWM)的原理与实现过程,并从功率模块和控制模块设计了控制系统的硬件主电路。再者,根据模糊控制的基本理论,设计出控制系统的模糊-PID控制器,并根据控制系统的要求设计了系统的主要软件程序设计。最后搭建了基于模糊-PID的永磁直线同步电机控制系统的仿真模型,得到了控制系统的仿真曲线并进行分析。通过与PID的控制效果相对比,来验证模糊-PID控制策略的优越性。仿真结果表明模糊-PID控制策略能够提高对PMLSM的控制精度和动静态性能,其控制系统的鲁棒性和动态响应性能好。
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