文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
大推力永磁直线电机驱动控制系统研究与开发
姓名:刘巍
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:陈学东
2011-01-13
华中科技大学硕士学位论文
摘要
永磁直线电机不需要齿轮、丝杆等中间传动环节可直接生成直线运动,具有精度高、
推力大、响应快的优点,在由高性能运动控制到大推力传动等领域均有广泛的应用前景。
针对用于油田新型直线抽油机的大推力永磁直线电机在强电气干扰及周期性推力扰动
下的驱动控制,本文提出了基于重复控制补偿的矢量控制方案,设计了具有高抗扰性能
的永磁直线电机控制系统,并进行了实验验证。
本文首先基于坐标变换建立了永磁直线电机的数学模型,分析了永磁直线电机矢量
控制原理,并针对由大推力永磁直线电机由齿槽效应、端部效应等导致的周期性推力扰
动,将重复补偿 PID 控制器用于推力纹波的抑制,提出了基于重复控制补偿的矢量控制
方案。
其次,本文进行了大推力永磁直线电机控制系统的硬件设计。在 DSP+FPGA+IPM
的系统架构的基础上,设计了控制电路、接口电路、检测电路、主电路、开关电源、驱
动保护电路等控制硬件系统。考虑大推力永磁直线电机存在的较强的电磁干扰,通过采
用 IPM 差分驱动电路及 IPM 保护信号滤波电路等硬件电路抗扰设计,增强了系统的稳
定性、可靠性。
此外,本文进行了大推力永磁直线电机控制系统的软件设计。分析了系统软件的整
体结构,设计了电流 A/D 转换、重复补偿 PID、动子位置和速度计算、SVPWM、电机
启动等重要算法、流程及软件模块。
最后,通过在现场实验分析,验证了系统设计的有效性。

关键词:永磁直线电机矢量控制驱动控制重复补偿控制推力扰动
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Permanent linear motors (PMLM) can directly produce linear motion without
intermediate gears, screws, and so on. Because of their advantages of high precision, large
thrust force and fast response, they are widely used for many applications, ranging from the
high-performance motion control to the high power traction drive.
For the control of large thrust force PMLM of a new linear motor pumping unit with
strong electrical interference and periodic disturbance thrust, this paper presents a vector
control scheme based on repetitive pensation. A drive control system of PMLM
with good immunity is designed, and then the drive control system is validated with
experiments.
In this paper, based on the transformation of vector, the mathematic model of PMLM is
built, and then the vector control principle of PMLM is analyzed. Considering the periodic
disturbance thrust caused by the cogging and end effect of PMLM, a PID Control based on
pensation is used to suppress the ripple force, and a vector control scheme
based pensation is proposed.
Secondly, the hardware system of large thrust force PMLM is designed. Based on
DSP+FPGA+IPM hardware system structure, the h