一种应用正态分布理论的直线超声电机精密定位控制方法

针对直线超声电机在精密驱动过程中存在较强的非线性、时变性及控制模型复杂等问题,提出了一种基于正态分布理论统计直线超声电机驱动电压与速度/位移关系的方法,结合模糊逻辑控制技术,实现了对直线超声电机精密定位控制。利用宏微驱动控制模式对超声电机驱动的平台进行大行程、高精度定位实验研究,实验结果表明采用所提方法,当行程为5 mm时,稳态误差小于5 nm,能抑制系统的超调,改善系统动态性能。同时,由于直线超声电机动态保持力非常大,使得系统具有良好的抗扰动能力。     

柔性铰链结构夹持的直线型超声电机

分析了直线型超声电机理想夹持模型与实际夹持模型的差别,并提出了实际夹持模型应满足的要求。针对南京航空航天大学精密驱动研究所研制的双变幅杆V型直线超声电机提出了基于柔性铰链结构的夹持方案,此方案显著地提高了电机的机械性能及稳定性,电机的最大输出力达28.8 N。通过实验研究了不同弹性元件对直线电机输出性能的影响,并对直线电机所使用的弹性元件提出了要求。     

立体车库智能测控中三闭环电机控制系统

针对当前立体车库存取车时间较长、系统运行可靠性有待进一步提高等问题,提出一种基于空间矢量脉宽调制法的三闭环电机控制方法。以同步旋转电机的模型为基础,建立了永磁同步直线电机的数学模型,并给出控制系统关键部件的实现方案。设计了基于空间矢量脉宽调制法的三闭环电机控制系统,给出了三闭环控制系统的速度、电磁力、位移运行曲线,并与开环状态下的系统波形进行了分析比较,结果表明:该方法能够降低电机转速的波动性、提高车辆传动的平稳性,电机转速的测量标准差可降至0. 003 m/s;缩短堆垛机控制小车启动时间,系统响应时间降至0. 015 3 s;尤其是提高了电机运行过程中位移的跟踪性能,输出位移与输入位移的相对误差降低到1. 9%,输出位移基本跟踪输入位移。说明永磁同步直线电机在基于空间矢量脉宽调制法的三闭环电机控制方案下的控制效果能够满足立体车库优化控制需求。     

直线电机运动控制系统的软件设计与实现

研究并实现了基于LabVIEW的直线电机运动控制系统。以LabVIEW为平台,采用RS232串行通信方式实现上位机与直线电机控制器的通信,上位机通过预编程模式将电机运动轨迹控制参数和程序发送给电机控制器,采用PID和误差负反馈算法控制电机的位移和时间,同时从电机控制器中获取这些数据,在可视化界面上以趋势图的方式实时显示。经试验,对位移和时间控制误差进行了分析,结果显示,位移控制平均误差为-4.22μm,时间控制平均误差为0.002 ms,系统定位跟踪精度高,可用于需要精密定位或对运动轨迹进行控制的场合。     

基于等效滑模的开绕组永磁直线电机控制研究

开绕组结构能给直线电机系统提供更多的电平,可以提高电机绕组端电压和功率,是提升直线电机推力性能的有效方法。文中以初级永磁型直线（Primary Permanent Magnet Linear, PPML）电机为研究对象,分析了PPML电机的数学模型,设计了PPML电机的双逆变器开绕组拓扑结构;针对传统PI控制的不足和滑模控制中存在的抖振,提出以电机的速度和位移为控制量,把电机系统分解为等效控制和切换控制,设计了等效控制器和切换控制律,增加补偿控制量改进等效滑模控制,抑制滑模抖振,仿真和实验结果证明,与传统方法相比,该方法能减小电流波动和推力脉振,提高了PPML电机的控制性能。     

磁致伸缩式惯性直线电动机

惯性冲击电机是利用惯性冲击来实现精密位移的一种驱动机构,针对现有惯性冲击电机整体功率较小的不足,提出了一种新型精密直线电动机。利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应,结合惯性冲击原理,实现直线电动机的驱动。直线电动机以锯齿波形电流为驱动信号,可实现双向直线运动,并能实现精确定位。经测试,电机的工作频率可达100 Hz,最大运动速度可达250μm/s,电机具有较好的运动稳定性。     

直线超声电机驱动精密二维定位平台系统

针对当前精密作动技术领域对精密定位系统提出越来越高的要求,设计了一种由蝶形直线超声电机驱动的二维精密定位平台系统。该定位平台系统行程为50 mm?50 mm,以直线型增量光栅编码器作为位置反馈元件,通过上位机编程实现运动控制卡对精密定位平台系统进行控制。为了实现直线超声电机的驱动,设计了一种新型直线超声电机驱动器,实现驱动电压和驱动频率的独立控制。在控制过程中,通过使用复合控制技术,同时结合直线超声电机具有高分辨率步进的控制特性,最终使系统达到高精度运动的控制效果。实验结果表明,在0~50 mm行程内,实现了小于0.28?m的定位精度。     

微小行程单相圆筒型直线电机设计研究

研究了一种微小行程单相圆筒型直线电机,该电机动子轴直接输出直线位移,无需采用将旋转运动转化为直线运动的机械结构,动子可以被动旋转.电机的直线输出采用差动式电磁结构实现,控制单相绕组的电流大小和方向即可控制输出位移的大小和方向,方便实现开环控制.由于采用了永磁体,断电时电机具有一定的轴向位置保持力.通过磁路分析和有限元仿...     

无铁心永磁同步直线电机推力谐波分析与消除

直线电机的推力波动较大,限制其在超精密领域的应用。推力中的谐波是无铁心永磁同步直线电机推力波动的主要原因之一,消除推力中的部分谐波可以有效降低推力波动。该文建立了无铁心永磁体同步直线电机推力谐波的解析模型,揭示了结构参数与推力波动间的关系,并提出了低推力波动直线电机的设计准则。将设计准则应用于一类直线电机的优化设计中,提出了消除推力中特定阶次谐波的结构参数设计方法。设计结果与有限元仿真结果和实验结果进行比对,验证了解析模型的准确性和设计方法的有效性。     

基于直线谐振系统的热声机频率特性模拟研究

热声机的频率特性主要取决于内部工质和装置结构。为了便于热声发电系统的研究,利用由无铁心永磁直线同步电机与谐振弹簧组成的直线谐振系统对热声机频率特性进行模拟。建立了直线谐振系统的数学模型,从而确定直线谐振系统的参数。并针对直线谐振系统周期性信号和周期性干扰的问题,采用重复控制策略实现直线谐振系统的高频响控制。仿真结果表明,直线谐振系统可以获得较高的频响与位移精度,良好地实现了对热声机频率特性的模拟。     

永磁型无轴承电机无径向位移传感器运行研究

在分析悬浮绕组电感与转子径向位移线性关系的基础上,针对永磁型无轴承电机无径向位移传感器运行的需要,分析了一种基于悬浮绕组高频信号注入的转子径向位移估算自检测方法,讨论了利用高频信号注入、悬浮绕组差分电压提取及转子径向位移跟踪观测器设计等位移检测原理和实现技术,并应用这种位移检测方法建立了永磁型无轴承电机无径向位移传感器控制系统.仿真研究表明,该位移自检测方法能在永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的径向位移,实现无径向位移传感器方式的稳定悬浮运行.     

内插式永磁无轴承电机转子位置/位移综合自检测

为实现无轴承电机的低成本与实用化，解决运行控制中电机转子位置/速度及径向位移的检测，提出了一种基于脉动高频电压信号注入法的转子位置/位移综合自检测方法。通过从转矩绕组注入脉动高频电压信号，利用电机空间凸极效应和转矩绕组与悬浮绕组间的互感特性，同时实现对转子位置/速度和径向位移的有效观测。电磁场分析结果表明，该方法可实现位移检测信号在水平、垂直方向的解耦以及转子位置和位移检测信号间的解耦。应用该检测方法构建了内插式永磁型无轴承电机无传感器运行的矢量控制系统，系统仿真运行表明，该自检测方法能在全速范围内准确观测出转子的位置/速度和位移，并能在大负载扰动条件下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。     

QUICK AND PRECISE POSITION CONTROL OF ULTRASONIC MOTORS WITH TWO CONTROL INPUTS

ABSTRACT

Ultrasonic motor (USM) has an excellent performance and many useful features. Since this motor is superior in holding torque and high response characteristic, it has been expected to use as position servomotor for small motors.

There have been reported some mathematical models of the ultrasonic motor. however, these models are too complex to apply for control of the motor. Therefore position controllers based on PI control or fuzzy control have been proposed in recent years. It is difficult to control the ultrasonic motor with high-performance using such controllers, thus simple and convenient mathematical model is necessary for precise control.

This paper presents a new position control scheme of ultrasonic motor, it consists of a PI controller and an adaptive controller which compensates the speed characteristic variations with online parameter identification. Moreover, this system controls both driving frequency and phase difference in order to achieve a quick and precise position control. The effectiveness of proposed control.scheme is demonstrated by experiments.     

基于STM32的智能线性位移传感器信号处理系统设计

线性位移传感器（LVDT）是一种高精度、高可靠性的直线位移传感器,广泛应用于工业自动化领域中的位移测量系统中。针对目前的传感器存在线性度和智能性偏低的问题,设计了以AD698为模拟调理系统核心用以处理LVDT信号,以STM32F407作为数字调理系统核心用以计算AD698的输出的采样信号。采用模拟信号和数字信号相结合的方案,综合了模拟信号处理率的高可靠性、高适应性和数字信号处理器中进行非线性拟合解决非线性的优点。实验结果表明该系统具有设计结构简单、功能强大、性价比高以及易操作等优点。     

基于最大推力电流法的凸极式永磁直线同步电动机无速度传感器推力直接控制

针对凸极式直线永磁同步电动机的推力生成机制,本文提出了一种高性能的直线永磁同步电动机伺服驱动--基于最大推力电流法的无速度传感器直接推力控制.这一控制方式充分利用了磁路结构不对称所生成的磁阻推力,并将其与结构简单、响应快速的直接推力控制结合,使得电动机效率得以提高,功耗降低,响应速度更快.仿真实验结果证实了该方法的有效性.     

电励磁同步电机无速度传感器控制研究

电励磁同步电机具有调速范围宽、过载能力强、功率因数可调等优点,广泛应用于大功率传动领域。为此介绍一种背靠背式电压源型变频器的系统结构,及两种基于电流频率(IF)控制和滑模观测器(SMO)控制相结合的无速度传感器矢量控制方案。动模平台的实验结果表明两种控制方案都能够实现电励磁同步电机无速度传感器的变频启动与调速功能,但方案二具有更高的功率因数和实用性,为高压大功率传动应用领域提供更好的技术保障。     

永磁同步电机滑模变结构直接转矩控制

将滑模变结构控制策略引入永磁同步电机直接转矩控制中,来解决传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定、低速时系统难以准确控制以及因转矩脉动引起的高频噪声等问题.仿真研究表明,本文提出的这种新型控制策略能极大地减小传统直接转矩控制中因两滞环调节器造成的静态转矩脉动,同时又保持了直接转矩控制固有的转矩快速响应特征和对系统参数摄动、外干扰、测量误差以及测量噪声具有的极强鲁棒性优点,有效地改善系统的动、静态运行性能,是永磁同步电机直接转矩控制中一种新颖的改进控制方式.     

Accurate Tracking Control of a Limited Angle Torque Motor

This paper presents a novel control scheme that was developed and implemented to provide accurate tracking control of a limited angle torque motor following a 50 Hz sawtooth reference waveform. The approach could be extended to other limited motion actuators which require high tracking accuracy, but are subject to a single dominant nonlinear element, such as magnetic stiffness, which may be defined experimentally. One example is the variable reluctance linear actuator, used in the aerospace industry for control of aerodynamic surfaces. Despite the significant nonlinearities inherent in the torque motor, a complex nonlinear controller can be designed using simple linear design techniques, and it is demonstrated that the motor is then able to track the reference signal with a very high accuracy. The hybrid scheme uses a multicompensator, multiloop linear controller to reshape substantially the motor response characteristics, which have both inherent time-lag and oscillatory dynamics and an additional nonlinear gain-scheduled controller which effectively compensates for the nonlinear variations of the motor parameters. The system stability is ensured by the linear controller.     

一种改进的空间矢量调制的异步电机直接转矩控制系统

传统的异步电机直接转矩控制具有控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速等优点,但是由于是由两个滞环比较器选择开关矢量,带来了开关频率不固定、转矩和磁链脉动大的不足。因此提出了一种改进的基于空间矢量调制的直接转矩控制方法,在保持传统方法结构简单、转矩响应迅速等优点的同时,极大地减小了转矩和磁链的脉动。     

Variable-structure torque control of induction motors using space vector modulation

Compared with field orient control (FOC), direct torque control (DTC) is known to provide fast and robust response for induction motors. However, while offering high dynamic performance, classical DTC produces notable torque, flux, and current ripples, and operates with a variable inverter switching frequency. In this paper, a novel torque control scheme for induction motors is proposed. The stator flux and the electrical torque are directly controlled by variable-structure controllers, and stator voltage vectors calculated by the variable-structure controllers are applied to the motor by means of space vector modulation. The proposed scheme therefore provides smooth, fast and robust regulations of the electrical torque and the stator flux. Moreover, the implementation of the scheme is simple. Theoretical analysis shows the asymptotical convergence of electrical torque and stator flux tracking. Simulation and experimental results are provided to evaluate the performance of the proposed scheme.