平面开关磁阻电机位置控制算法研究

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1、分类号TM352学校代码10590UDC621.3密级公开深圳大学硕士学位论文平面开关磁阻电机位置控制算法研究学位申请人姓名郑鸿鑫专业名称控制科学与工程学院（系、所)机电与控制工程学院指导教师姓名曹广忠教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文平面开关磁阻电机位置控制算法研究是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式

2、标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日平面开关磁阻电机位置控制算法研究摘要平面开关磁阻电机具有结构简单、制造方便、大行程、低热耗、低成本和控制简单等突出特点，在微电子制造、光制造、精密加工等先进制造装备领域具有广泛的应用前景。但是，平面开关磁阻电机的强非线性以及大力脉动特性严重阻碍其高精度运动，围绕平面开关磁阻电机的高精度位置控制问题，本文深入研究平面开关磁阻电机位置控制算法，主要研究内容如下：研究了平面开关磁阻电机的结构和工作原理，建立了平面开关磁阻电机的数学模型，构建了平面开关磁阻电

3、机的控制系统，搭建了基于dSPACE的平面开关磁阻电机实验平台，利用最小二乘法辨识了平面开关磁阻电机的数学模型参数，采用辨识的数学模型分析了平面开关磁阻电机的稳定性、根轨迹特性、频域特性和能控能观性，分别探讨了平面开关磁阻电机在比例、比例微分、比例积分和比例微分积分位置控制作用下的稳定性和稳态误差。结合模糊控制和比例微分（Proportional-Derivative,PD）控制，设计了平面开关磁阻电机的模糊比例微分位置控制器，应用MATLAB软件对该控制器进行了仿真验证，实验研究了平面开关磁阻电机在模糊PD

4、位置控制算法作用下的定位跟踪和动态轨迹跟踪。构建了模糊PD位置控制与PD位置控制对比实验，在相同的PD控制参数初值条件下，比较研究了平面开关磁阻电机的模糊PD位置控制和PD位置控制的控制性能。针对平面开关磁阻电机的强非线性特性，设计了平面开关磁阻电机的滑模变结构位置控制器，采用MATLAB软件对该控制器进行了仿真验证，实验研究了平面开关磁阻电机在滑模变结构位置控制算法作用下的定位跟踪和动态跟踪特性。构建了滑模变结构控制与PD控制对比实验，在相同的稳态误差条件下，比较研究了平面开关磁阻电机的滑模变结构位置控制与

5、PD位置控制的动态性能。实验结果表明：(1)平面开关磁阻电机模糊PD位置控制系统实现了±12.6μm稳态误差的定位和±41.2μm动态误差的轨迹跟踪；(2)平面开关磁阻电机滑模变结构位置控制系统实现了±15.5μm稳态误差的定位和±110.7μm动态位置误差的轨迹跟踪。(3)与PD位置控制相比，所设计的模糊PD位置控制和滑模变结构位置控制具有更小的稳态误差和更本文受国家自然科学基金项目：开关磁阻平面直驱系统的微纳精度生成机理与控制研究（项目编号为51275312)资助。I平面开关磁阻电机位置控制算法研究强的鲁

6、棒性，实现了稳定、快速、准确的定位和动态轨迹跟踪。关键词：平面开关磁阻电机；模糊PD控制；滑模变结构控制；位置控制IIResearchonPositionControlAlgorithmforPlanarSwitchedReluctanceMotorAbstractTheplanarswitchedreluctancemotor(PSRM)hasbeendevelopedasanattractivecandidatefortwo-dimensional(2D)devicesinadvancedmanufact

7、uringequipmentsincludingthesemiconductormanufacturing,lightmanufacturing,andprecisionmachining,etc.,owingtoitsobviousadvantagesofsimplestructure,easymanufacture,longstroke,lowheatloss,lowcostandsimplecontrol,etc.However,high-precisionmotionofthePSRMisrestri

8、ctedduetoitshighlynonlinearcharacteristicandlargeforceripple.Aimingattheissueofthehigh-precisionmotionofthePSRM,thepositioncontrolalgorithmsofthePSRMarethoroughlyresearchedinthispaper.Themainresearchwo