【正文】 ，因?yàn)楝F(xiàn)在會(huì)有太 多的因素去影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果了。所以我們應(yīng)該更多 8 0 6 0 4 0 2 0020Magnitude (dB)100101102103 1 8 0 1 3 5 9 0Phase (deg)B o d e D i a g r a mF r e q u e n c y ( r a d / s e c )福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 的去學(xué)習(xí)，這樣得出任何的結(jié)果你都能去分析，得到不滿意的結(jié)果你能去解決。 基于 PID 的直線電機(jī)位置控制 21 第 5 章 永磁同步直線電機(jī)位置控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 本章從永磁同步直線電機(jī)位置控制的 Matlab 仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)入手，加以證明所建立直線電機(jī)模型的正確性和能有效，快速，精確進(jìn)行位置跟蹤的可行性。 直線電機(jī)在 Matlab 仿真下的位置控制結(jié)果分析 將圖 42 的直線電機(jī)系統(tǒng)仿真圖形進(jìn)行仿真，假設(shè)我們給定的位置曲線如圖 51 所示。 圖 51 給定直線電機(jī)位置曲線 經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得到實(shí)際跟蹤的直線電機(jī)位置曲線如圖 52 所示。 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 200 . 0 20 . 0 40 . 0 60 . 0 80 . 10 . 1 20 . 1 40 . 1 6t i m e t / sposition x0/m0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 200 . 0 20 . 0 40 . 0 60 . 0 80 . 10 . 1 20 . 1 40 . 1 6t i m e t / sPosition x/m福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 52 實(shí)際跟蹤的直線電機(jī)位置曲線 根據(jù)圖中我們可以得到，設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)是有效果的并且快速的，精確地對(duì)永磁同步直線電機(jī)進(jìn)行了位置跟蹤。在直線電機(jī)進(jìn)行移動(dòng)過(guò)程時(shí)還是明顯存在微小的抖振，但是整體來(lái)看，在仿真實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是非常理想的。直線電機(jī)電流，速度，位置關(guān)系的曲線圖如圖 53 所示。 圖 53 直線電機(jī)電流，速度，位置關(guān)系的曲線圖 根據(jù)圖 53 所 示，直線電機(jī)在啟動(dòng)還有速度在電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，電流會(huì)產(chǎn)生明顯的尖峰，所以我們需要電流保護(hù)。電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)有比較好發(fā)現(xiàn)的振動(dòng)，但是電機(jī)整體運(yùn)行的感覺(jué)是很平穩(wěn)的。這可以反應(yīng)出所設(shè)計(jì)的控制器完全能實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的快速精確跟蹤。 直線電機(jī)在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下的位置控制結(jié)構(gòu)分析 通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了控制器的正確性，就可以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行對(duì)永磁同步直線電機(jī)位置控制的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖 54 所示。 圖 54 永磁同步直線電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 21012Current I/A00 . 10 . 20 . 3Velocity v/(m/s)0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 200 . 0 50 . 10 . 1 5t i m e t / sPosition x/m 基于 PID 的直線電機(jī)位置控制 23 在實(shí)驗(yàn)前，必須要查閱相關(guān)的直線電機(jī)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)進(jìn)行操作，保證人身和實(shí)驗(yàn)體安全。根據(jù)實(shí)驗(yàn)手冊(cè) 的指導(dǎo)，對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的操作軟件 EasyMotionStudio 可以在實(shí)驗(yàn)前對(duì)輸入的電流控制器參數(shù)和位置控制器參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)自己把仿真數(shù)據(jù)帶進(jìn)去的時(shí)候，得到位置控制的結(jié)構(gòu)基本是符合要求的，但還是有輕微的抖動(dòng)和偏離。這是因?yàn)樵陔姍C(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，難免會(huì)受到外界環(huán)境干擾、電機(jī)老化、摩擦阻力、紋波推力等不確定因素的干擾。這時(shí)就需要把數(shù)據(jù)進(jìn)行輕微的調(diào)節(jié)，直到完全符合要求為止，這時(shí)可以得到實(shí)際直線電機(jī)位置跟蹤圖形如圖 55 所示。 圖 55 實(shí)際直線電機(jī)位 置跟蹤圖形 其部分放大圖形 ○ 1 如圖 56 所示。 福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 56 實(shí)際位置跟蹤曲線部分放大圖形 從實(shí)際位置跟蹤曲線部分放大圖形可以看出，直線電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中存在著微小的超調(diào)，但很快就能完全跟蹤。 直線電機(jī)實(shí)際的電流與速度變化曲線如圖 57 所示。 圖 57 直線電機(jī)實(shí)際的電流與速度變化曲線 根據(jù)圖 57 可以看成，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的直線電機(jī)的電流與速度變化曲線基本上和仿真實(shí)驗(yàn)的電流與速度變化曲線是相同的，因此，可以證實(shí)所建立的永磁同步直線電機(jī)的數(shù)學(xué) 模型及仿真圖形是準(zhǔn)確的，所設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)控制器可以快速，精確的對(duì)位置進(jìn)行控制。 本章小結(jié) 本章是通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較分析，發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)果是基本上相似的，雖然之間存在著偏差，這是因?yàn)殡姍C(jī)運(yùn)行時(shí)一些不確定因素所導(dǎo)致的，但這不影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上運(yùn)行發(fā)現(xiàn)了存在一些誤差，針對(duì)這些誤差，我嘗試去減少這些誤差，一開(kāi)始我以為是機(jī)器的問(wèn)題，請(qǐng)教了老師后才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)理論和現(xiàn)實(shí)就是會(huì)存在那么點(diǎn)誤差的，只能說(shuō)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(xué)習(xí)應(yīng)該理論和實(shí)際相結(jié)合才行 。 基于 PID 的直線電機(jī)位置控制 25 總結(jié)與展望 研究工作總結(jié) (1)先介紹了永磁同步直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，在永磁同步電機(jī)的基礎(chǔ)上建立了數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)矢量坐標(biāo)變化在 Matlab 上畫(huà)出了電機(jī)的仿真圖。 (2)接著根據(jù)利用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)直線電機(jī)位置進(jìn)行控制，位置環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。內(nèi)環(huán)采取了 PI 控制，并根據(jù)經(jīng)典的二階系統(tǒng)，算出其 PI 控制參數(shù)；外環(huán)采取了PID 控制，并根據(jù)極點(diǎn)配置方法，計(jì)算出其 PID 控制參數(shù)。然后進(jìn)行其擾動(dòng)分析和性能分析，進(jìn)一步了解和提高直線電機(jī)的性能。 (3)根據(jù)所搭建的雙閉環(huán)控制的直線電機(jī)系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真，得到 了理想的跟蹤效果。結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將計(jì)算出來(lái)的控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還算理想，但是存在的部分偏差，考慮到數(shù)學(xué)模型是在簡(jiǎn)化的情況下搭建的，而且實(shí)際電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到外界擾動(dòng)，因此這種情況是可以理解的。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，最后得到理想的跟蹤效果。 研究特色 首先在選題上，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以當(dāng)今世上發(fā)展前景非常良好的直線電機(jī)作為研究對(duì)象。其次，在對(duì)直線電機(jī)的研究中，掌握了其工作原理，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，該畢業(yè)設(shè)計(jì)注重理論和實(shí)踐地結(jié)合，強(qiáng)調(diào)“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 － 分析問(wèn)題 － 解決問(wèn)題”的思想，這是非常符合自動(dòng)化的核 心思想，是一個(gè)值得研究的課題。 研究展望 (1)考慮到所搭建的直線電機(jī)是在其簡(jiǎn)化的情況下進(jìn)行的，但是由于直線電機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，所以必然會(huì)存在著偏差。因此在對(duì)直線電機(jī)研究時(shí)，應(yīng)更進(jìn)一步深入，搭建出更接近實(shí)際運(yùn)行的直線電機(jī)模型。 (2)本次實(shí)驗(yàn)雖然在仿真的情況下，其結(jié)果是非常理想的，但是否在實(shí)際中也有理想的效果，還需進(jìn)一步的研究。 (3)傳統(tǒng)的 PID 控制器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，魯棒性強(qiáng)，但是 PID 控制依賴于數(shù)學(xué)模型，只能對(duì)其輸出的誤差進(jìn)行運(yùn)算，所以在一些特殊的情況下，它并不是最佳的選擇。因此可以在傳統(tǒng) PID 控 制的基礎(chǔ)上，結(jié)合更新進(jìn)，控制更優(yōu)的控制器，來(lái)實(shí)現(xiàn)矢量控制。 福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 參考文獻(xiàn) [1] 章達(dá)眾 ,廖有用 ,李國(guó)平等 .直線電機(jī)的發(fā)展及其磁阻力優(yōu)化綜述 [J].機(jī)電工程 ,2021,30(9):10511054. 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