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工学硕士学位论文

用于电动舵机的永磁同步直线电机
控制系统的研究

硕士研究生: 郭庆波
导师: 吴红星副教授
申请学位: 工学硕士
学科: 电气工程
所在单位: 电气工程及自动化学院
答辩日期: 2012 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 62-5

Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering

RESEARCH ON PERMANENT
SYNCHRONOUS LINEAR MOTOR CONTROL
SYSTEM FOR ELECTROMECHANICAL
ACTUATOR

Candidate: Guo Qingbo
Supervisor: Wu Hongxing
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Electrical Engineering
Affiliation: School of Electrical Engineering
Date of Defence: June, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
传统的舵机伺服系统常采用气压舵机和液压舵机伺服系统,其结构繁冗复
杂限制了舵机伺服系统的应用与发展。采用永磁同步直线电机构成的直线电动
舵机具有结构简单,体积小,高动态响应能力等特性,有效的提升舵机伺服系
统的控制性能。本文针对电动舵机领域的工作特性,对用于电动舵机永磁同步
直线电机控制系统的关键技术进行研究,采用改进电流预测校正控制策略和二
阶滑模位置控制算法,实现高动态高精度伺服控制。论文研究内容如下:
首先,对国内外直线电动舵机的应用背景和永磁同步直线电机的发展现状
进行综述,分析各种直线电机直接驱动控制策略的特点。以提高电流响应速度
和位置控制精度,选定预测校正控制策略和滑模变结构控制策略。
其次,分析永磁同步直线电机的数学模型,并针对动圈式直线电机的结构
特性构建动圈式直线电机数学模型。根据空间矢量脉宽调制原理,提出一种改
进脉宽调制算法,提高算法的高效性。对预测校正电流控制算法进行分析,设
计时间延迟校正的预测校正控制算法,并通过对电流预测误差的进一步研究,
提出时间延迟校正的预测校正优化控制算法,实现电流的无差拍控制。
再次,构建永磁同步直线电机控制系统的仿真模型,分别对 PI 控制、电流
预测控制、时间延迟校正的预测校正控制、时间延迟校正的预测校正电流优化
控制策略进行仿真分析,通过实验结果验证控制策略的正确性。
之后,对二阶滑模位置伺服控制策略进行深入研究。对滑模变结构控制的
原理进行探讨,设计永磁直线同步电机二阶滑模直线位置伺服控制器。为提高
系统位置伺服精度,提出一致渐近收敛的改进二阶滑模位置伺服算法,在保证
直线伺服系统高动态响应能力和高鲁棒性的基础上,使得稳态实际位置能够一
致收敛到指令位置,消除位置伺服稳态静差,提高系统的控制精度,并通过仿
真实验验证算法的可行性。
最后,完成硬件与软件的设计和调试,搭建基于 DSP 的永磁直线电机测试
实验平台。在实验平台上完成电机参数的测试,电机电流响应的测试,动态轨
迹跟踪和数字定位伺服测试。通过分析实验数据及测试结果,验证直线伺服控
制系统研究的正确性和可行性。
关键词:电动舵机;永磁直线电机;电流预测;滑模控制

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The performance of the missile With remote precision-guided strike capability
to e an important research topic for our national defense field. The traditional
missile servo system has normally used pressure actuator or the hydraulic steering
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