CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 附附 錄錄 英文資料翻譯英文資料翻譯 英文題目英文題目 Active Damping Control of Linear Hybrid Stepping Motor for Cogging Force Compensation 中文題目中文題目 主動(dòng)阻尼控制電機(jī)力的補(bǔ)償 二級(jí)學(xué)院 直屬學(xué)部 延陵學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 自動(dòng)化 班級(jí) 07 自 Y 學(xué)生姓名 顧文斌 學(xué)號(hào) 07121208 指導(dǎo)教師姓名 高敏 職稱(chēng) 講師 評(píng)閱教師姓名 職稱(chēng) 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 2011 年 6 月 KC015 1 主動(dòng)阻尼控制電機(jī)力的補(bǔ)償主動(dòng)阻尼控制電機(jī)力的補(bǔ)償 Tai Sik Hwang1 Jul Ki Seok1 and Dong Hun Kim2 韓國(guó) 慶北 嶺南大學(xué) 電氣工程學(xué)院 電源轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)室 韓國(guó) 大邱 慶北大學(xué) 電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造非常的簡(jiǎn)單 并且能夠在相同位置提供沒(méi)有波紋的力 盡 管有這些特別的性能 但是 LHSM 在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的強(qiáng)大的力量是產(chǎn)生誤差 機(jī)械 力和噪音的最主要原因 為了改變這個(gè)故障 我們提出了一種信號(hào)的 4 多投 LHSM 控制阻尼的方案 通過(guò)一個(gè)有限元來(lái)分析非線(xiàn)性磁的磁網(wǎng)絡(luò) 我們做了一 個(gè)以非線(xiàn)性功能的 LHSM 模型 信號(hào)觀測(cè)器發(fā)出的 這種通過(guò)控制來(lái)抑制的方法 讓精度增大了許多 關(guān)鍵詞 控制 閉環(huán)控制 補(bǔ)償 線(xiàn)性電機(jī) LHSMs 推力振動(dòng) I 介紹 高速發(fā)展運(yùn)動(dòng)中的控制系統(tǒng)是人們一直努力研究的領(lǐng)域 為了能夠變得更 好 在過(guò)去幾年中這一需求不斷增長(zhǎng) 如半導(dǎo) 高精度機(jī)械等先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè) 相 比傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)螺絲和齒形電動(dòng)馬達(dá) 直線(xiàn)的電機(jī)具有高可靠性 長(zhǎng)的壽命 能 夠無(wú)空間的減少摩擦 讓它能夠高精度的運(yùn)動(dòng) 在各種各樣的直線(xiàn)電機(jī)中 LHSMs 認(rèn)為在速度和本錢(qián)上都達(dá)到需要 大多 數(shù) LHSMs 由一個(gè) PM 和圈圈繞組構(gòu)成 并與板結(jié)合 利用這種混合構(gòu)造 LHSMs 可以產(chǎn)生高力和對(duì)位置的無(wú)紋力 然而 盡管特點(diǎn) LHSMs 在運(yùn)動(dòng)時(shí)由于空間 差距會(huì)產(chǎn)生明顯的力 一般情況下在低速狀態(tài)下穩(wěn)定控制 如圖用一臺(tái)相機(jī)對(duì) LHSMs 或者系統(tǒng) 力波減少變成成為重要問(wèn)題是因?yàn)?LHSMs 在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械濾掉了 低速時(shí)周 期性力造成大約 30 微米的誤差 振動(dòng)及噪音使控制變得很不好而且會(huì)損壞系統(tǒng) 因此 在低速時(shí)穩(wěn)操作并且小于 5 微米系統(tǒng)受到限制 到目前為止 我們已經(jīng)嘗試了兩種主要方法來(lái)減少脈沖 一種方法是提高 電機(jī)磁設(shè)計(jì) 3 另一種是使用比較復(fù)雜的現(xiàn)代控制的理論 4 一種方法是采 用雙永久磁鐵的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3 電機(jī)所有磁極 4 多投滲透的不同 由于兩個(gè) 永久磁鐵沿小方向的趨勢(shì) 齒相反方向的力量相互抵消 使得總脈沖減弱 即 使采用磁結(jié)構(gòu) LHSM 仍包含齒設(shè)計(jì)缺陷使電機(jī)產(chǎn)生非線(xiàn)性磁性并在空氣氣隙 然而 4 多磁阻力 LHSM 很好的選擇 另一種方法 通過(guò)波來(lái)定位 傳感器 4 LHSMs 不好的是 該方法不是根 據(jù)電機(jī)的實(shí)振動(dòng)的模型 并且由于其復(fù)雜計(jì)算量使它不易實(shí)現(xiàn) 因此 為了范 圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的控制力波動(dòng)必須通過(guò)電機(jī)的建模來(lái)壓制 本文提出了一種新適用于對(duì) LHSMs 波減少的方案 利用一種考慮到缺陷的 設(shè)計(jì)和非線(xiàn)性磁特元分析的磁網(wǎng)絡(luò) 可以總結(jié)出低次諧波振動(dòng)位置是第四諧波 在此方案中 LHSM 包括周期 性擾動(dòng)的非線(xiàn)性模型是數(shù)學(xué)額的建模 圖 1 4 LHSM 結(jié)構(gòu)圖 圖 2 磁密度 a 第一極點(diǎn)和滾之間的一致性 b 第四極和牙齒之間的比較 圖 3 比較每個(gè)線(xiàn)通量 在任意位信號(hào)的動(dòng)態(tài)可以從線(xiàn)性觀測(cè)器看出 自適應(yīng)地注入以抵消力波帶 來(lái)的影響 該控制這里是表明帶來(lái)了很大的設(shè)計(jì)缺陷和非線(xiàn)性電機(jī)磁場(chǎng) 已有 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了該振動(dòng)方法不適用 II II 磁不平衡的原因磁不平衡的原因 圖 1 表示的是 4 LSHM 的示意圖 此次它的磁密度是上 1 145T 第一個(gè) 和第三個(gè)磁極有兩相線(xiàn)圈繞組結(jié)構(gòu) 每相線(xiàn)圈是第二和第四極主繞組的 1 2 這種復(fù)繞組使該系統(tǒng)在 LSHM 3 中產(chǎn)生增強(qiáng)特性 對(duì)于一個(gè)不用考慮磁太多不是平衡非線(xiàn)性的 LHSM 人們已經(jīng)用一個(gè)稱(chēng)為磁 網(wǎng)絡(luò)上的商業(yè)軟件算出利用兩個(gè) FEA 非線(xiàn)性的性能 為了了解磁分布和一個(gè) 長(zhǎng)度為 1 毫米的磁鏈 無(wú)電流永磁轉(zhuǎn)軸設(shè)置在 x 方向上的滾內(nèi) 這將使我們能 夠更好地了解 LHSM 在低速時(shí)永磁力波動(dòng)的現(xiàn)象 圖 2 顯示了磁分布在運(yùn)動(dòng)在兩 個(gè)特定位置的比較 即使用圈標(biāo)記每個(gè)齒正好與滾對(duì)齊 但很顯然是有一個(gè)特 殊的不一樣 不一樣的是通常認(rèn)為兩個(gè)主要 LHSM 磁是相互離開(kāi)的磁 為了改變 磁效應(yīng)的不平衡 每個(gè)繞組的磁計(jì)算如圖 3 在這里 每個(gè)極性在它們之間比 較容易被忽略 這表明 對(duì)于左邊的繞組 右側(cè)的三個(gè)繞組 LHSM 聯(lián)動(dòng)總是大了 近 6 因此 為了對(duì)力做更準(zhǔn)確的估計(jì) 該 LHSM 磁不平衡必須體現(xiàn)在磁網(wǎng)絡(luò)中 III III 建模與主控制方案建模與主控制方案 A LHSM 建模與磁不對(duì)稱(chēng) 圖 4 改良磁路不對(duì)稱(chēng)磁 要考慮流量分布不對(duì)稱(chēng) 最好在原來(lái)的磁把兩種不同的磁勢(shì) Fm1 和 Fm2 一起插入一個(gè)不對(duì)稱(chēng)因素 如圖 4 所示 Pm 代表永磁滲 圖 5 簡(jiǎn)化的相同磁路 圖 6 LHSM 力模型的效應(yīng)框圖 忽略波成分 5 各個(gè)分支的滲透計(jì)算公式 5 0 1 cos 4 ABn n PPPn 1 5 0 1 cos 4 ABn n PPPn 2 5 0 1 cos 2 Bn n PPPn 3 5 0 1 cos 2 Bn n PPPn 4 5 0 1 3 cos 4 ABn n PPPn 5 5 0 1 3 cos 4 ABn n PPPn 6 5 0 1 cos An n PPPn 7 5 0 1 cos An n PPPn 8 2 t xx p 9 Pt 是極距離 x 指明移動(dòng)的位置方向 在 01 11PP 和 02 PP 3 P 4 P 5 P 4 的條件下簡(jiǎn)化磁路圖如 5 所示 然后可以這樣計(jì)算總滲透比例率 22 0134 222 10 113111 coscos2sin2cos 3cos4 21421421 11 PP PPPP PP 10 22 0134 222 20 113111 coscos2sin2cos 3cos4 21421421 11 PP PPPP PP 11 利用上述滲表達(dá)式 10 和 11 儲(chǔ)的磁能量 1m W 和 2m W 在圖 5 的兩個(gè)電路中 可以很容易的分別利用 2 11 2 mm F PP 和 2 22 2 mm F PP 得到 用計(jì)算能量后 LHSM 每個(gè)部分產(chǎn)的齒由下式計(jì)算 2 12 11234 222 0 31212211 sinsin2cos2sin 3sin4 24141 11 m cog WPm fPPPP xptP 12 2 22 21234 222 0 31212221 sinsin2cos2sin 3sin4 24141 11 m cog WPm fPPPP xptP 13 該 LHSM 力與磁不同式樣如下式 121234 cos1cos 22cos 33cos 44 ripplecogcog Ffffxfxfxfx 14 第一 第二 第三和第四次諧波產(chǎn)生的力和相同的順序波相應(yīng)的是成正比 的磁不平衡 圖 7 波少總體控制圖 使用位置力模型 對(duì)電機(jī)成方程是 1 eripple dv FF dtm 15 v是轉(zhuǎn)速 m是 質(zhì)量 e F 表示力 考慮力影響的 LHSM 的模塊圖如圖 6 所示 T K 是力常數(shù) 為了減少力影響 組件需要從電流 速度以及電機(jī)的機(jī)械參數(shù)來(lái)觀察 為 了設(shè)置 狀態(tài)空間表達(dá)最重要 從 15 可以得到如下式 1 xv 21cos 1xfx 1 3 sin1 f xx 16 下一個(gè)非線(xiàn)性形式可以從 16 2 2113 sin1xvfxx x 3112 cos1xvfxx x 17 然后 整體狀態(tài)方程可以得到一個(gè)直接的擴(kuò)展 xfxg x u yh x 2468 2 13 12 2 15 14 2 17 16 2 19 1 8 1 4 9 16 xxxx m x x x x x x f xx x x x x x x x x x 1 0 0 0 0 0 0 0 0 m g x 1 h xx 2468ripple Fxxxx 18 B 主動(dòng)控制方案 相反 線(xiàn)性系統(tǒng) 非線(xiàn)性系統(tǒng) 18 尚未完全解決一般意義上的問(wèn)題 但 是有幾種特別的非線(xiàn)性估計(jì)類(lèi)的解決方案 6 在這里 我們通過(guò)原來(lái)的近似 的系統(tǒng)選線(xiàn)性 19 設(shè)計(jì) 這里選擇 12345 T Kk k k k k 1246811 11 e T q xxxxxk ikyx mm 2 2321 xyxkyxg 32 xyx 2 4531 4xyxkyxg 54 xyx 2 6741 9xyxkyxg 76 xyx 2 8951 16xyxkyxg 98 xyx 19 2468 ripple Fxxxx 像這樣的是 Hurwitz 矩陣 7 這種觀察器的 00fxKhxdddd 設(shè)計(jì)方法需要既不方程 也不是輸入 這使得該方法有易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì) 隨著速度的增加 高階力容易達(dá)到電流控制器的 c w 由于 ripple high x F 的產(chǎn)生 高波抑制很容易包含控制器產(chǎn)生的錯(cuò)誤 所以這種現(xiàn)象是不可取的 即 20 e ripple highripple c FxFx s w w 因此 取消了控制器的動(dòng)態(tài)效果 力動(dòng)命令應(yīng)