【正文】 器雖然結(jié)構(gòu)簡單，魯棒性強，但是 PID 控制依賴于數(shù)學模型，只能對其輸出的誤差進行運算，所以在一些特殊的情況下，它并不是最佳的選擇。 直線電機實際的電流與速度變化曲線如圖 57 所示。 圖 51 給定直線電機位置曲線 經(jīng)過仿真實驗得到實際跟蹤的直線電機位置曲線如圖 52 所示。 Gb=feedback(Gk,1)。 永磁同步直線電機的擾動分析 假設(shè)直線電機的驅(qū)動電流是理想的正弦波形，同時定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場滿足正交關(guān)系，則直線電機可以保持良好的靜態(tài)特性。他能相應(yīng)的根據(jù)位置環(huán)所傳送來的電流值去調(diào)節(jié)整個電樞電流值，確保電流穩(wěn)定。所以得到： ?? ?? s inc o s iiid ?? (37) ?? ?? c oss in iiiq ??? (38) 寫成矩陣的形式可得 (39) 同理 Park 逆變換可寫為 (310) 圖 32 兩相靜止坐標系向兩相旋轉(zhuǎn)坐標系變換原理圖 永磁同步直線電機的數(shù)學模型搭建 永磁同步直線電機在 dq 坐標系下的數(shù)學描述 通過這段時間對于電機的學習，我發(fā)現(xiàn)永磁同步旋轉(zhuǎn)電機跟永磁同步直線電機之間有異曲同工之處。 論文的主要工作內(nèi)容 認識直線電機的工作原理是第一步，這樣才能構(gòu)建出永磁同步直線電機的數(shù)學模型，這樣電機性能才能浮出水面。日本的 SODICK 公司于 1996 年將直線電機技術(shù)應(yīng)用于電火花成型機中，并于 1999 年投放市場。 10 脈沖寬度調(diào)制模塊 1 直線電機的發(fā)展歷程 文中引用他人研究成果的部分已在標注中說明；其他同志對本設(shè)計（論文）的啟發(fā)和貢獻均已在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人獨立完成。 16 永磁同步直線電機的性能分析 直線電機在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 國內(nèi)對電機伺服系統(tǒng)的研究還停留在學習階段，這段路還很漫長，除了工業(yè)上的應(yīng)用，直線伺服系統(tǒng)還用于高精度平面繪圖儀。作為大學畢業(yè)生，不應(yīng)只停留在表面，在實驗平臺上做出來的東西和仿真是有誤差的，我們應(yīng)把誤差減到最少，這樣作出來的實驗才準確可靠。 為了實現(xiàn)電流的解耦，將電流分解成了勵磁電流 di 和轉(zhuǎn)矩電流 qi ， 由于永磁電機的勵磁磁場是 由 永磁體 產(chǎn)生， 不需要勵磁電流 di ， 所以可以令 di =0。 福州大學至誠學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 42 雙閉環(huán)控制的直線電機系統(tǒng)仿真 永磁同步直線電機的控制器設(shè)計 電流環(huán)控制器的設(shè)計 如果要設(shè)計電流環(huán)，第一點我們要搞懂電流是內(nèi)環(huán)還是外環(huán)，因為他能提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度，所以我們一般采用 PI 控制去設(shè)計這個東西。 (1)摩擦力擾動 摩擦力有兩種：滑動摩擦力和靜摩擦力。step(Gb,t)。直線電機電流，速度，位置關(guān)系的曲線圖如圖 53 所示。在實驗平臺上運行發(fā)現(xiàn)了存在一些誤差，針對這些誤差，我嘗試去減少這些誤差，一開始我以為是機器的問題，請教了老師后才發(fā)現(xiàn)，原來理論和現(xiàn)實就是會存在那么點誤差的，只能說我們?nèi)ジ男?shù)據(jù)去減少它，但是不能完全和理論一樣，所以我們學習應(yīng)該理論和實際相結(jié)合才行 。在選題過程中，黃老師悉心為我準備了設(shè)計任務(wù)書，為了分析了這個課題應(yīng)該怎么去做，讓我有了一個大概的研究方向，為我從接觸實物入手，對直線電機有了感性的認識，在研究的過程中，黃老師為我提供了直線電機實驗平臺還有仿真的電腦還有舒適的實驗室，對我的實驗幫助實在太大。 (2)本次實驗雖然在仿真的情況下，其結(jié)果是非常理想的，但是否在實際中也有理想的效果，還需進一步的研究。 福州大學至誠學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 56 實際位置跟蹤曲線部分放大圖形 從實際位置跟蹤曲線部分放大圖形可以看出，直線電機在實際運行中存在著微小的超調(diào)，但很快就能完全跟蹤。 直線電機在 Matlab 仿真下的位置控制結(jié)果分析 將圖 42 的直線電機系統(tǒng)仿真圖形進行仿真，假設(shè)我們給定的位置曲線如圖 51 所示。 Gk=tf(num,den)。可以發(fā)現(xiàn)微分系 數(shù) 1DK 的數(shù)值太小 ， 起不了 提前 控制的作用 ， 經(jīng)過仿真試驗的不斷整定 ， 最后取1DK =90，可以達到理想的位置跟蹤。電流環(huán)可以將比較得出來的誤差經(jīng)過控制器及時的除去，然后使電機電流保持在一個比較好的狀態(tài)。每坐標系之間互相變換的原則要根據(jù)磁動勢來，所以我們會得到： (31) (32) 寫成矩陣的形式可得 (33) 得到匝數(shù)比為： （ 34） 3c os3c os 3332 ??? CBA iNiNiNiN ???3s i n3s i n 332 ??? CB iNiNiN ??????????????????????????????????CBAiiiNNii232302121123??3223 ?NN 基于 PID 的直線電機位置控制 7 利用約束條件 0??? CBA iii ,可將 (33)擴展為 (35) 同理 Clark 逆變換可寫為 (36) 圖 31 三相定子坐標系向兩相定子坐標系變換原理圖 Park 變換原理 兩相靜止坐標系 α β向兩相旋轉(zhuǎn)坐標系 dq 變換那就是 Park 的變換原理，如圖 32 所??????????????????????????????????????????CBAiiiii2121212323021211320????????????????????????????????????????????CBACBAiiiiii212321212321210132福州大學至誠學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 示。在 PID 控制器的調(diào)節(jié)作用下，分別對被控對象 進行比例、積分、微分控制，其結(jié)果的加權(quán)得到系統(tǒng)的控制信號 )(tu ， 所以控制器的輸出 u 與輸入偏差信號 e 之間的關(guān)系如下： (11) 其中 pK 為比例增益 ， iK 為積分增益 ， dK 為微分增益 。 直線電機的發(fā)展歷程 國外基于直線電機的數(shù)控機床發(fā)展比較成熟的是日本。 21 直線電機在實驗平臺下的位置控制結(jié)構(gòu)分析 6 Park 變換原理 4 本章小結(jié) 關(guān)鍵詞：直線電機，位置控制， PID 控制器， Matlab 仿真 II The position control of the linear motor based on PID Abstract In the study of the linear motor, we will find that the older the traditional linear drive system are generally adopts rotating motor through the middle of the converted into linear motion, but not a continuum of these systems, there are often some transformation among agencies, like the energy transfer will be lost, so that the system will exist lower efficiency, accuracy is not linear motor is does not require intermediate conversion mechanism, so there is no like