多电机同步控制策略及无传感器控制研究

Both the structure and characteristics of the synchronous motor control system, and the characteristics of non-cross-coupled multi-motor drive system are investigated in this project. Considering the uses of AC motor drives in multi-motor drive system and the large differences of the axle load disturbance,a new cross-coupled multi-motor drive system structures is proposed which can achieve good dynamic and static performance. Aimed to the performance of the multi-motor synchronous system which composed of multi-permanent magnet linear synchronous motor, a sensorless control method that based on the whole speed range is provided. A sliding mode speed controller and a sliding mode position controller are designed, and then the system's simulation model is built. Furthermore the validity of design scheme is confirmed by the analysis of simulation and the result of test. The results of the project will provide a valid model and analysis method which based on Mechanism Investigation and Practical Engineering Application for multi-AC PMSM. It has the important academic value and vast potential for future development.

通过对同步电机控制系统基本结构及特点、非交叉耦合型多电机传动系统的基本类型及特点等问题的研究，结合多电机传动系统广泛采用交流电机驱动、各轴负载扰动差异较大的特点，提出了一种交叉耦合型多电机传动结构，实现了良好的动态性能和静态性能。针对由多个永磁直线同步电机组成的多电机同步系统的特点，提出全速度范围内无传感器控制的方案。设计了无传感器PMLSM进给系统滑模变结构速度控制器和滑模变结构最优位置控制器，建立系统的仿真模型。通过仿真分析和实验验证，进一步验证了本项目提出的系统设计方案的正确性。该项研究将为基于交流永磁直线同步电机的多电机同步系统的机理研究和工程应用提供有效的建模和分析方法，具有重要的学术价值和广阔的实际工业应用前景。

多电机同步控制与无传感器技术在制造业、国防和民用等领域有着广泛的应用前景，而其先进的控制方法与控制精度是其研究的重点与难点。. 本项目在分析比较多种同步控制算法的基础上，采用了自适应遗传-蚁群优化算法对多电机同步控制系统的各通道控制参数进行了优化；并利用模糊PID算法建立了相邻通道间的位置偏差补偿器，基于本项目提出的非交叉耦合和交叉耦合相结合的同步控制策略，建立了多电机4通道同步控制模型，通过模拟仿真，实现了多电机同步控制系统的良好的动态性能、鲁棒性和同步控制精度，并在建立的4通道多电机同步控制平台上进行了实验验证。. 基于本项目提出的改进型交叉耦合控制算法，在二维多直线电机实验平台上再次对同步控制算法以及对同步控制系统轮廓误差进行了理论研究与实验验证，取得了毫米级的控制精度。. 在无传感器控制研究中，利用有限元ANSYS分析方法，分析电机电感饱和特性，得出了电机电感变化与电机转子之间的关系，并在此基础上，利用施加电压脉冲的方法实现了直线电机初始位置的估算。在低速段，考虑到电枢电阻的影响，采用状态增广扩展卡尔曼滤波方法实现了对其电阻、位置和速度的同时估算，并利用加权的方法与高速段采用的反电势积分估计算法进行复合，实现了全速度范围内多电机同步系统的无传感控制。设计了无传感器PMLSM进给系统滑模变结构速度控制器和滑模变结构最优位置控制器，建立了系统的仿真模型。通过模拟仿真和基于多直线电机实验平台的实验验证，进一步验证了本项目提出的系统设计方案的正确性与有效性。. 本项目研究取得的成果将为基于交流永磁直线同步电机的多电机同步系统的机理研究和工程应用提供有效的建模和分析方法，具有重要的学术价值和广阔的实际工业应用前景。