基于自适应卡尔曼观测器的永磁同步直线电机在线多参数辨识研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qcolin
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永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)具有高动态响应能力、长行程和无直线运动转化机构等特点,被广泛应用于高端数控机床、高性能激光切割机和半导体制造设备等高端制造业中。但是在PMSLM运行过程中,由于内部(温度、永磁体退磁等)和外部(负载机械特性、导轨老化等)干扰,电气和机械参数会发生变化。这些参数的不确定会影响到PMSLM的高性能控制,甚至会使机器发生严重故障。因此对PMSLM的电气和机械参数开展在线辨识研究具有重要的理论与实践意义。为了实现PMSLM的多个电气参数与多个机械参数在线辨识,本文所提方法在线使用PMSLM控制系统采集的电机三相电流、电压、位置传感器数据,通过在电流环注入直轴电流解决多电气参数辨识欠秩问题,在速度环执行特定策略解决多机械参数耦合问题,为了提高参数辨识精度,具体开展了如下研究工作。(1)研究了一种基于新型自适应互联扩展卡尔曼观测器的电气参数辨识方法,以实现PMSLM高精度抗干扰在线多个电气参数辨识。首先,为了减轻测量噪声和参数耦合误差对辨识精度的影响,建立了包含干扰的多参数互联耦合补偿辨识模型;其次,基于此模型设计了互联式观测器来实现PMSLM多参数在线辨识,利用扩展卡尔曼滤波(extended kalman filter,EKF)算法优化观测器中的增益矩阵,消除测量噪声误差,获得高精度的辨识结果;再次,构造了一种自适应率函数动态调整传统EKF中固定的噪声协方差矩阵,提高观测器的抗扰动性能;然后,使用考虑互联式观测器模型误差的离散李雅普诺夫函数验证观测器的稳定性。(2)研究了一种基于联合卡尔曼观测器的机械参数辨识方法,以实现永磁同步直线电机多个机械参数抗干扰在线解耦辨识。首先,为了减轻参数耦合误差对辨识精度的影响,建立了包含多个机械参数扰动的永磁同步直线电机运动学模型;其次,为了消除噪声对参数辨识的影响,设计了一种联合卡尔曼观测器,相比于传统扰动观测器能够快速观测系统状态和扰动;再次,针对大行程永磁同步直线电机的运动特点,提出一种有限行程的永磁同步直线电机多机械参数解耦辨识策略。(3)搭建了基于半实物AD5435的PMSLM全体参数辨识系统,并进行了电气参数抗干扰与精度对比实验、机械参数精度对比实验、控制系统性能提升实验。实验结果证明本文PMSLM在线多参数辨识方法的有效性。
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