【摘 要】
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圆筒型永磁直线同步电机（Tubular Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,TPMLSM）具有推力密度高、效率高、过载能力强等特点,在国防、医疗、工农业和日常生活等领域都具有广阔的应用前景。然而,在车辆悬架系统等复杂的应用场景中,系统参数变化和外部扰动等干扰会严重降低电机驱动系统的可靠性和控制性能。本文以提高复杂运行工况下TPMLSM系统的控制性能为
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圆筒型永磁直线同步电机（Tubular Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,TPMLSM）具有推力密度高、效率高、过载能力强等特点,在国防、医疗、工农业和日常生活等领域都具有广阔的应用前景。然而,在车辆悬架系统等复杂的应用场景中,系统参数变化和外部扰动等干扰会严重降低电机驱动系统的可靠性和控制性能。本文以提高复杂运行工况下TPMLSM系统的控制性能为目标,针对扰动下的控制问题,分别从电流抗干扰控制、推力波动补偿和速度抗干扰控制等三个方面进行抗干扰控制策略研究。首先,分析了TPMLSM系统中存在的各种扰动,如参数变化、推力波动、负载扰动等,在此基础上建立了考虑扰动的电机数学模型。然后结合内模控制原理和扩张状态观测器设计了电流控制器,有效地提高了电流控制系统的鲁棒性。其次,分析了TPMLSM中推力波动的成因,建立了推力波动的数学模型,并通过实验测试得到较为准确的推力波动表达式。为了实现推力波动在线观测,本文提出了一种自适应雅可比线性观测器,该方法不仅能够准确地观测出推力波动,还能减小噪声对系统的干扰,补偿后将稳态速度波动从17.4%降低至7.4%,有效地减小了推力波动对速度控制系统的影响。最后,为了进一步减小参数变化和负载变化对调速系统的影响,基于滑模控制理论设计了速度控制器。并在指数趋近律的基础上提出了自适应终端指数趋近律,解决了传统趋近律存在的矛盾问题,有效地抑制了抖振现象。结合自适应终端指数趋近律滑模速度控制器和滑模扰动观测器提出一种复合速度控制策略,在突加300 N负载的运行工况下,可将速度跌落值从41.1%减小至8.2%,有效地提高了TPMLSM调速系统的动态响应性能和抗干扰能力。
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