永磁直线同步电机推力及其直接推力控制系统研究

论文摘要

直线电机与控制技术相结合形成的直线电机驱动系统在工业领域中的应用,有着旋转电机驱动系统无法比拟的优势。随着电力电子技术和各种新型控制策略的深入发展以及各种高性能电磁材料的研制成功,直线电机驱动系统蕴藏着巨大的应用潜力。 本文以国家自然科学基金项目:“数控机床回转送进精密直接驱动技术及其控制策略研究(项目批准号:50375102)”为背景,从直接驱动系统的应用现状和当前研究的热点问题出发,对直线电机技术及其控制技术进行研究。 提高推力、减小体积是开展直线电机研究的核心问题之一。文中从解析分析、数值分析与实验研究三个方面出发进行综合研究。分析永磁直线同步电机的电磁场、计算电磁力、分析直线电机参数变化对推力的影响以及直线电机推力实验。 推导了直线电机推力与直线电机动子尺寸、气隙、永磁体结构参数之间的解析关系式:从基本电磁理论出发,推导了推力密度的解析表达式。分析了永磁直线同步电机结构参数对直线电机推力的影响。 将旋转电机的直接转矩控制拓展应用于直线电机控制,研制了基于DSP的永磁直线同步电机的直接推力控制系统实验平台。对适合直线电机直接推力控制的方法进行理论分析和实验研究。 针对直线电机控制系统采用具有高鲁棒性能的滑模变结构直接推力控制的新思路,解决实际系统中存在的多种因素对控制性能的影响问题,达到抑制推力脉动并获得良好动态响应性能的目的。 将模糊控制和滑模控制的各自优点密切结合起来,针对滑模变结构控制中抖振现象采用模糊滑模直接推力控制策略,有效的抑制了滑模控制系统的抖振。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 直线电机及其控制技术国内外研究现状及发展
• 1.2.1 直线电动机技术
• 1.2.2 控制技术的发展
• 1.2.3 不断发展的各种控制策略
• 1.3 直线电机设计与控制技术当前研究热点
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 永磁直线同步电机电磁场分析与电磁力计算
• 2.1 永磁直线同步电机电磁场数值分析
• 2.1.1 电磁场有限元分析
• 2.1.2 直线电机推力与法向力数值计算
• 2.2 LD-125型永磁直线同步电机电磁力分析
• 2.2.1 推力与法向力脉动对比分析
• 2.2.2 定子极距对直线电机推力的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 永磁直线同步电机参数对推力的影响
• 3.1 永磁直线同步电机等效分层磁场
• 3.2 直线电机结构参数对推力的影响
• 3.3 推力密度
• 3.4 本章小结
• 第四章 永磁直线同步电机直接推力控制
• 4.1 基本方程式
• 4.1.1 旋转参考坐标系下的直线电机方程
• 4.1.2 混合参考坐标系下的推力数学模型
• 4.2 直接推力控制基本原理
• 4.3 空间电压矢量及遴选基本原则
• 4.3.1 逆变器开关状态与空间电压矢量
• 4.3.2 控制磁链时的电压遴选原则
• 4.3.3 空间电压矢量调制的直接推力控制
• 4.4 永磁直线同步电机直接推力控制仿真分析
• 4.4.1 磁链矢量及推力计算数学模型
• 4.4.2 LD-125型永磁直线同步电机直接推力控制仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 永磁直线同步电机滑模变结构直接推力控制
• 5.1 引言
• 5.2 滑模变结构控制
• 5.2.1 滑动模态
• 5.2.2 滑动模态对系统参数变化的完全自适应性
• 5.2.3 滑动模态对系统受到外部扰动的不变性
• 5.2.4 滑动模态变结构设计
• 5.3 滑模变结构控制直线电机直接推力控制仿真
• 5.3.1 永磁直线同步电机的数学模型
• 5.3.2 积分滑模控制器设计
• 5.3.3 滑模变结构直接推力控制系统的构成
• 5.4 滑模变结构直接推力控制系统仿真分析
• 5.5 三种控制方法对比分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于模糊滑模控制的永磁直线电机直接推力控制
• 6.1 滑模控制抖动问题及其削弱方法
• 6.2 模糊滑模控制器设计
• 6.2.1 模糊控制器组成
• 6.2.2 模糊变量与隶属度分布
• 6.2.2 模糊控制规则
• 6.2.3 重心法模糊判决
• 6.3 模糊滑模控制仿真分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 永磁直线同步电机推力及其直接推力控制系统实验研究
• 7.1 LD-125型永磁直线同步电动机推力特性实验研究
• 7.1.1 推力测试与实验样机
• 7.1.2 推力实验与数值计算结果对比分析
• 7.2 永磁直线同步电机直接推力控制系统实验研究
• 7.2.1 系统硬件、软件设计
• 7.2.2 实验样机直接推力控制系统仿真
• 7.2.3 直线电机直接推力控制系统实验研究
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢