2952 交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计
2952 交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计,交流,交换,永磁,直线,电机,机电,及其,伺服,控制系统,设计
用磁轴承预紧的直线电机机 040536 何金树摘要:一个定位表包括一对平行的轨道确定一个运动轴。一个可移动装配包括第一直线电机装配处置的运行轨迹。船外直线电机装配上另一个硬性桥轨道并向装配第一直线电机做同时一致的运动。第一直线电机装配包括一个多元化的永磁材料,确定在预定的角度来横向滑行和一个电枢确定用永磁体在同一角度密切间隔间滑行。永久磁铁可能会被装配在移动的直线电机或者在第一轨道。电枢是被安装在另一个移动的要素和轨道上。第一和第二装配在直线电机上的要素,可以支撑空气轴承在纵向和横向的方向的载荷。预定的角度确立了磁场吸引力在永久磁铁和电枢载体之间的方向。预定的角度调整,以比例占总负荷的静态和动态负荷和磁吸引力的力量为准。该船外直线电机装配在包括多元化的永磁材料的第二条轨道和第二个电枢。该船外直线电机的组装和可包括为磁吸在同预设的角度的第二条轨道一样受制于第一直线电机的装配。描述:交叉参照相关的应用系统发明背景本发明涉及到直线电机,更具体地,以仪器作指导和支持装置元素的永磁极直线电机在机床的应用。直线电机常规是用于那些要求申请的温和力量沿直线轴。其中透露,在美国的帕特。编号 4595870 ,举例来,包括驾驶一轴的定位表取代一个工件沿轴线。这种应用的特点是高精度的定位,而温和的力量和加速度的要求。线性电机消除了特征的滚珠丝杠传动和大幅度减少了群众的感人元素。上述两个特点的直线电机提供的好处,在工件的定位精度和加速度。该部队,其中直线电机的能力是有限的,由电阻加热,在绕组的电枢的线性马达。我在美国的专利申请丝氨酸。编号 859915 ,我透露几个技巧冷却的线性马达。在冷却技术使用液体冷却剂,我发现这是可以做到的,以达到高势力永磁极直流直线电机用温和的流动液体冷却剂的热接触电枢绕组。该达到的高力允许这种直线电机将用于在应用以前没有考虑过为这是一个一流的汽车公司。我在美国的帕特。.编号 4505464 ,我披露定位表,其中利用磁极吸之间的永久磁极铁和电枢铁预压轴承配套该装置的元素定位就座。两套磁极体在正交飞机提供了双向数据预压。我在美国的专利申请丝氨酸。编号015680 ,我透露一个高力直线电机改装融入床上的一台机床。某机床应用需要很长的旅行是在高速和加速度。本发明涉及这样一个应用,其中,除前述要求,长长的直线条轴线必须迁就。 物体和简要的发明它是一个对象的发明提供一个永磁极直线电机所克服的弊端事先技术。这是一个进一步的对象发明提供一个永磁极直线电机过第一和第二轴承设备轴承部队处置角度,向对方和磁极力吸引的力量弃置在一个角中间的角度,轴承力量,而单磁极力是有效的预压均在第一和第二个轴承装置。这是一个仍在进一步物体的发明提供一个永磁极直线电机的第一和第二个轴承设备配套轴承部队沿向量行距与尊重对方。轴承设备,还须至少有一个负荷不均适用于两个轴承装置。磁极性吸引力部队之间的永久磁极铁和磁极性金属在电枢的线性马达是弃置在一个角之间载体的承载力量,例如一个更大马力磁极预紧力,是适用于其中的第一和第二个轴承装置熊少的负荷,即轴承负荷调整走向平等。这是一个仍在进一步物体的发明,以提供一个永久磁极体直线电机具有无限期长度线性旅行。这是一个仍在进一步物体的发明提供一个定位装置后,第一个永磁极直线电机雇用第一轨为它的一个分子马达以及第二永磁极直线电机聘请第二条轨道平行的第一轨支持船外年底的定位装置,并提供协调一致的动力与第一永磁极直线电机。第一和第二轴承设备,分隔转移事关部队首次轨道。磁极吸在第一直线电机,在某个角度中间轴承载体的第一和第二轴承预紧装置的第一和第二个轴承装置。至少有三分之一的轴承装置,在第二直线电机转移的剩余载荷力量,以第二轨。简单地,本发明提供了一种定位表,包括对钢轨并行界定轴线的议案。上一个可装配包括第一直线电机装配处置的议案之一,步行铁轨。船外直线电机装配上其他轨道是硬性桥向第一直线电机装配采取协调一致的议案草案。第一直线电机装配包括一个多元化的永磁极材料,确定飞机在预定的角度来横向和一个电枢确定了飞机上的同一角度密切间隔由永磁极体。永久磁极铁可能会被弃置于装置要素之一,直线电机装配或就第一铁。电枢是弃置于其他的装置要素和第一轨。第一和第二轴承对装置要素之一,直线电机装配支持载荷在纵向和横向的方向。预定的角度确立了方向,一个吸引力向量之间的永久磁极铁和电枢。预定的角度调整,以比例占总负荷的静态和动态负荷和磁极吸引力的力量,以一种想要的价值。该船外直线电机组装关于第二条轨道包括多元化的永磁极材料和第二个电枢。事关与船外直线电机装配行为,在垂直方向只。该船外直线电机组装和第二条轨道可包括为磁极吸在同预设的角度,受聘于第一直线电机的装配。在一个体现,是一个非磁极性铁受制于一个磁极性金属带贴到一个表面的铁后盾多元性的永久磁极铁。在另一项体现,一个塑料插入在至少一种表面的轨道有利于建立一个表面有一个平坦足够用于同一个空气轴承。在另一项体现,一个单一的汽车座垫,包括第一和第二空气轴承集成到一个鞍。仍然进一步体现,一个或多个辅助轴承是他与队友空气轴承。辅助轴承承担任何负荷超过了那些空气轴承是能够支持。辅助轴承间隔从另一种相反的表面使他们承担的机械支持,然后空气轴承可以强迫转化为机械接触的表面。根据这一项发明提供一个定位装置定位一个物体至少沿一个轴,包括:第一和第二轨并行处理,向至少一个轴心,至少在第一轨包括一个水平的顶面,垂直方面及一斜面,第一斜边面,使一个预定的角度与水平,第一次组装的装置,装置沿线至少有一个主轴,第一装置组装包括直线电机装配相似向第一轨和船外直线电机装配相似向第二条轨道,是指为硬性连接直线电机装配向船外直线电机装配采取协调一致的运动时,垂直轴承用为支撑的垂直力量,对直线电机组装上的横向顶面,卧式轴承用为支撑的横向力量,对直线电机组装上的垂直方面,一间多元化的永磁极材料,确定的第一个平面平行的第一斜边面上看,是一个具有电枢磁极物质,因此确定了第二滑道并行,以第一斜边面,并密切行距面临的第一滑道,一磁极吸存在,第一多元性的永磁极体被弃置于第一个斜边面和第一装置组装和电枢被弃置于其他的第一斜边面和第一装置组装,第二条轨道经第二次横向顶面,船外直线电机装配包括第二竖向承载,对轴承第二横向顶面,并预定的角度看作为一个有效的分摊总负荷对垂直和水平承载力是指在一个预定的比例。 根据这个发明特点提供了一个定位装置定位负载沿第一和第二轴线组成:第一和第二轨并行处理,以第一轴,至少在第一轨包括一个水平的顶面,垂直方地表水和第一次斜边面上看来,第一斜边面,使一个预定的角度与水平,第一次组装的装置,装置,沿第一轴,首先装置组装包括直线电机装配相似向第一轨道和船外线性电机装配相似向第二轨道,第三和第四轨硬性连接直线电机装配向船外直线电机装配采取协调一致的运动时,垂直轴承用为支撑的垂直力量,对直线电机组装上的横向顶面,卧式轴承用支持横向力量,对直线电机组装上的垂直方面,一间多元化的永磁极材料,确定的第一个平面平行的第一斜边面上看,是一个具有电枢磁极物质,因此确定了第二滑道并行,以第一斜面表面上,并密切行距面临的第一滑道,一磁极吸存在,第一多元性的永磁极体被弃置于第一斜边面和电枢被弃置于第一装置组装,第二条轨道有二横顶部从表面上看,船外直线电机装配包括第二竖向承载,对轴承第二横向顶面,预定的角度看作为一个有效的分摊共有载荷对纵向和横向关系是指在一个预定的比例,第二个斜面关于第二个铁,二斜面正处于第二个预定的角度倾斜向同一方向作为第一斜边面上,第二个斜面包括磁极素材,第二个多元化的永久磁极体对船外轴承装配,第二多元性永磁极材料确定第三架净距面临第二个坡一侧表面上,而第二个磁极吸是施加在船外直线电机组装和第三次和第四次轨确定了第二轴成直角向至少一轴,第二次装置组装第三次和第四次轨,让的 XY 装置提供了依据。 根据进一步的特点提供了一个直线电机包括:轨道,多元化的永磁极体弃置于地面的轨道,装置会员,装置会员包括电枢含磁极材料,轴承用为支持该装置的会员在一个位置距水面的电枢到一个表面的多元性的永磁极材料,轴承的方式,其中包括一个空气轴承,轨道,其中包括表面面临空气轴承,空气轴承正在有效运转正常为支持该装置会员与间距素 D1 之间的空气轴承,并从表面上看,轴承的方式,其中包括至少一个辅助轴承,轴承辅助用,其中包括为防止空气轴承接近接近距离 d2 之间的空气轴承和从表面上看,距离d2 小于 D1 和距离 d2 大于零。根据一项仍在进一步的特点提供一个直线电机包括:轨道,多元化的永磁极体的处置上的第一个表面的铁,装置会员,装置会员包括含磁极素材,一个空气轴承贴于该装置会员,插入一个在轨道形成第二面所面临的空气轴承,空气轴承正在有效运转正常,为支持会员装置与标称间距素 D1 之间的空气轴承和第二个表面上看,允许更容易实现平坦的第二面和其余部分轨道。 据另一项特色提供一个直线电机包括:轨道,多元化的永磁极体弃置于地面的轨道,装置会员,装置会员包括电枢含磁极材料,同时意味着贴以装置会员,轴承的方式,其中包括用支持装置会员针对总共载荷应用之间的装置委员及铁,铁包括纵向腔草案,并振动阻尼材料在纵向腔。据又一特点发明提供一个直线电机,包括:轨道,多元化的永磁极体的处置上的第一个表面的铁,装置会员,会员装置包括马鞍,电枢含磁极材料贴在鞍,电枢被弃置面对多元化的永磁极材料,第二个表面上轨道,第二面确定了第一支援飞机,它是一种三面对铁,第三面确定了第二次支援飞机事件发生后,第一和第二支援飞机被非共面,第一个空气轴承在鞍,首先空气轴承所面临的第一个支援飞机,它是一种第二空气轴承在马鞍,第二空气轴承所面临的第二个支持飞机的情况,至少在一是空气轴承单一与鞍。北京信息科技大学学士学位论文I摘 要直线电机在各行各业中发挥着越来越重要的作用,特别是在机床进给驱动系统中。本文以平板式交流永磁同步直线电机为研究对象,从电机机体到伺服驱动系统的软、硬件设计作了深入研究。本文首先介绍了交流永磁同步直线电机机体设计过程中电枢绕组、铝芯和定子磁钢的设计和改进方法,较大程度上减小了推力波动,并且结合大推力直线电机的特点设计了方便有效的装配过程。建立交流永磁同步直线电机的数学模型,在此基础上分析了当今最通用的伺服控制策略,选择了矢量控制方法。确定 的矢量控制实现形式。通过 SVPWM 方法进行脉宽0di调制,合成三相正弦波。选用 TI 公司 2000 系列最新 DSP TMS320F2812,深入研究了以上算法在 DSP 中的实现形式。采用了 C 语言和汇编语言混合编程的实现方法。在功率放大装置中,以智能功率模块 IPM 为核心,设计了功率伺服驱动系统。还包括电流采样、光电隔离、过压欠压保护和电源模块等。由于知识和能力的限制,本次课题只对直线电机做一些理论研究。关键词:永磁同步直线电机 DSP SVPWM 矢量控制 北京信息科技大学学士学位论文IIAbstractLine motors are playing a more and more important role in all kinds of trade, especially in machine tool feed system. We carry out our study in motor , software and hardware servo system based on flat AC permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM).First introduce the design method of armature ,core of al and magnet which can minish the thrust ripples, then introduce the means of assembly base on high thrust permanent magnet synchronous motors. To ensure the accuracy to a high requirements and get a wide speed range, we choose the dsp of Texas Instruments named TMS320F2812 which is the core of the servo system .In the paper we set up mathematical model of PMSLM, then analyse the current control strategies and choose the vector control method which is realized by the method of .The three phase sine wave is compounded by space 0divoltage pulse width modulation(SVPWM).The arithmetic realized by C language and assembly language in DSP. Intelligent Power Model (IPM) is the core of the power amplification circuit system which also contains current sampling circuit, photoelectric-isolation circuits, over-voltage protection circuits, under-voltage protection circuits and power supply.As a result of the knowledge and ability limit, this topic only does a fundamental research to the linear motor.Key words: permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM), DSP, SVPWM, vector control北京信息科技大学学士学位论文III目 录摘要 中文 .I英文.II第一章 绪 论 .11.1 研究背景和意义 .11.2 直线电机的运行原理及特点 .21.2.1 直线电机的基本运行原理 .21.2.2 直线电机进给系统优缺点分析 .31.3 直线电机发展历史及其伺服控制系统的研究综述 .41.3.1 国内外直线电机历史、现状及发展 .41.3.2 直线电机伺服控制系统的研究综述 .71.3.3 试验研究 .101.4 本文主要研究内容 .10第二章 永磁永磁直线同步电机基本结构 .112.1 实验用交流永磁同步电机基本结构 .112.2 初级结构设计 .112.3 次级结构设计 .122.4 电机的装配 14第三章 交流永磁直线同步电机的数学模型和控制算法研究 .143.1 交流永磁直线同步电机的控制策略的选择 .143.2 交流永磁直线同步电机的数学模型 .153.3 交流永磁直线同步电机的矢量控制 .173.4 脉宽调制技术 .21第四章 全数字交流伺服控制单元的硬件结构及其设计 .264.1 引言 .264.2 控制系统硬件结构 .264.2.1 DSP 芯片的选择 264.2.2 功率驱动单元的设计与选型 .284.2.3 磁极霍尔元件 .31第五章 伺服系统的软件设计 .335.1 主程序结构 .335.2 主中断程序 .34第六章 总结与展望 .39参考文献 .40北京信息科技大学学士学位论文1第一章 绪 论1.1 研究背景和意义高速化、精密化和模块化是现代制造技术的发展方向。进入 90 年代以来,高速加工迅速发展,在高速加工中心中,高速电主轴和快速进给伺服系统是其中两项关键技术,其中对进给伺服系统提出新的要求 1:1)进给系统必须与高速主轴相匹配,速度达到60m/min 或更高;2)加速度要大,这样才能在最短的时间和行程内达到要求的高速度,至少要 12;3)动态性能要好,能实现快速的伺服控制和误差补偿,具有较高的定位精度和刚度。现代高速机床上实现高加速度直线运动有两种途径,一是采用滚珠丝杠传动,一是采用直线电机传动。前者采用旋转伺服电机驱动滚珠丝杠,这种进给系统所能达到的极限速度为 90120m/min,最大加速度也只有 1.5g。同时,由于电机到工作台之间存在大量的中间环节,如联轴节、丝杠等。在高速运行或完成复杂运动时,这些机械元件产生的弹性变形、摩擦、反向间隙等会产生进给运动的滞后和其它一些非线性误差,使系统有较大的惯性质量,影响了对指令的快速响应。另外,丝杠是细长杆,在力和热的作用下会产生较大变形,影响加工精度。为了克服传统进给系统的缺点,简化机床结构,满足高速精密加工的要求,人们开始研究新型的进给系统,于是直线电机(图 1.1)开始作为进给系统出现在加工中心中,它取消了源动力和工作台部件之间的一切中间传动环节,使得机床进给传动链的长度为零,即所谓的“直接驱动”或“零传动” 。这种机械上的简化使得外界及自身的任何扰动都会毫无缓冲的作用在直线电机上,因此对直线电机的伺服控制系统的性能好坏,又决定了直线电机的整体性能。1231电机定子; 2电机动子; 3工作台图 1.1 交流直线电机进给系统北京信息科技大学学士学位论文2目前国外对直线电机的研究已处于应用阶段,技术已经很成熟,但价格昂贵,为了提高我国机床和制造业水平,国内已经开始了直线电机特别是机床进给系统用的直线伺服电机的研究,但还处在探讨和试制阶段。为了掌握自己的知识产权,清华大学制造所于 1996年开始研究大推力、长行程交流永磁直线同步电机进给单元的 2。之前,第一代样机已经制造出来,但控制性能有待改善,有必要进一步研究直线电机的交流伺服控制单元。本课题是根据上述背景和研究所现有条件提出来,针对现有的样机进行了三相交流伺服控制系统的研究。作为高速加工中心的关键功能部件之一,直线电机的核心技术和应用市场都被国外的大公司如 Anorad、Siemens、Kollmorgen、Indramat 、Aerotech 、Park 等所拥有,因此自主开发一套直线电机及其伺服控制系统对于提高我国制造业水平和高速加工设备国产率有着较大的实际意义和经济价值。此外,直线电机还应用于军事、交通等领域,作为一种新技术有着很高的推广价值。1.2 直线电机的运行原理及特点1.2.1 直线电机的基本运行原理所谓直线电机就是利用电磁作用原理将电能直接转换直线运动动能的设备。可以想象把旋转电机的定子和转子沿半径剖开后展平,可以得到直线电机的初级和次级,在实际应用中,为了保证在整个行程之内初级与次级之间的耦合保持不变,一般要将初级与次级制造成不同的长度。直线电机与旋转电机类似,通入三相交流电流后,也会在气隙中产生磁场,如果不考虑端部效应,磁场在直线方向呈正弦分布,只是这个磁场是平移而不是旋转的,因此称为行波磁场(图 1.2) 。行波磁场与次级相互作用便产生电磁推力,使初级和次级产生相对运动,这就是直线电机运行的基本原理 3。图 1.2 交流直线电机气隙中的行波磁场v北京信息科技大学学士学位论文31.2.2 直线电机进给系统优缺点分析现代制造技术的高速加工系统中,直线电机系统已成为标志性元件,直线电机的特点在于能直接产生直线运动,与间接产生直线运动的“旋转伺服电机滚珠丝杠”相比具有以下优点 4:(具体性能见表 1-1)1没有机械接触,传动力是在气隙中产生的,因此没有金属和金属的接触,除了直线导轨外没有其它摩擦;2结构简单,体积小,以最少的零部件数量实现直线驱动,而且是只有一个运动的部件;3行程理论上不受限制,而且性能不会因为行程的改变而受到影响;4可以提供很宽的速度范围,从每秒几微米到数米,特别是高速是直线电机一个突出的优点;5加速度很大,最大可达 10g;6运动平稳,这是因为除了起支撑作用的直线导轨或气浮轴承外,没有其它机械连接或转换装置的缘故;7精度和重复精度高,因为消除了影响精度的中间环节,系统的精度取决于位置检测元件,有合适的反馈装置可达亚微米级;8维护简单,由于部件少,运动时无机械接触,从而大大降低了零部件的磨损,只需很少甚至无需维护,使用寿命更长。表 1-1 直线电机与“旋转伺服电机滚珠丝杠 ”传动性能比较性能 旋转伺服电机滚珠丝杠 直线电机精度(m/300mm) 10 0.5重复精度 (m) 5 0.1最高速度(m/min) 2030 60200最大加速度(g) 0.10.3 210静态刚度(N/m) 90180 70270动态刚度(N/m) 90180 160210速度平稳性 (%) 10 1调整时间 (ms) 100 1020寿命(h) 6,00010,000 50,000任何事物都有两面性,直线电机也有自身的缺点,主要表现在以下几点:北京信息科技大学学士学位论文41存在纵向端部效应首先,直线电机的结构特点导致绕组在电机中的几何位置不再具有对称性,对多相电机来说这种不对称性会造成各相参数的不对称性,从而引起电机性能的波动。另一方面,磁场在纵向端部断开并衰减,使行波磁场的基波减弱而谐波得到加强,导致电机推力密度下降、损耗增加,而且存在较大的推力波动。直线电机中由于纵向端部的存在而引起的各种效应称为纵向端部效应(End effect),直线电机的结构特点决定了纵向端部效应是不可避免的 5。2 控制难度大直线电机虽消除了机械传动链所带来的一些不良影响,但却增加了控制难度。因为在电机的运行过程中负载(如工件重量、切削力等)的变化、系统参数摄动和各种干扰(如摩擦力等) ,包括端部效应都直接作用到电机上,没有任何缓冲或削弱环节,如果控制系统的鲁棒性不强,会造成系统的失稳和性能的下降 4。在要求高精度微进给的场合,要求考虑更多的摄动和扰动等不确定因素对进给运动的影响。3效率低由于结构上的限制,直线电机的气隙通常比旋转电机大,加上端部效应等造成的额外损耗,效率和功率因数均比旋转电机要低。4成本高直线电机的设计、制造、材料、防护和控制系统等成本均较高,随着技术的成熟和应用越来越广泛,直线电机的成本也将越来越低。1.3 直线电机发展历史及其伺服控制系统的研究综述1.3.1 国内外直线电机历史、现状及发展1845 年英国人 Charles Wheastone 发明了世界上第一台直线电机,但这个直线电机由于气隙过大而导致效率很低,未获成功。在随后的一个世纪里,直线电机由于效率低、开发成本高而被长期搁置,处于停滞状态。到了二十世纪中叶,控制、电子、材料等技术的发展,为直线电机的开发提供了理论和技术上的支持,直线电机开始进入新的发展阶段。二十世纪七十年代以后,直线电机应用的领域更加广泛,如自动绘图仪、液态金属泵北京信息科技大学学士学位论文5(MHD) 、电磁锤、轻工机械、家电、空气压缩机、半导体生产等。在这个时期,直线电机的应用逐步渗透到机械制造业,最先用在生产线上运送物料,后来应用到机床上,如高频响小行程直线电机被用来推动车床横向刀架,实现非圆截面零件的车削加工。90 年代以后,随着高速加工概念的提出,直线电机开始作为进给系统出现在加工中心中。由于直接驱动进给系统具有传统进给系统无法比拟的优势和潜力,再次成为各国制造业关注的焦点,直线电机作为一种机电系统,将精度要求很高而又笨重的机械部件“转嫁”于复杂的电气控制系统,这一思路符合现代机电技术的发展趋势。目前国际市场的直线电机产品种类繁多,各有特色,美国的 Anorad 公司是世界上最著名的直线电机生产商,该公司在 1988 年就推出了无刷直流直线电机,并获得美国专利,他以永磁式直线电机为主,形成了不同结构不同功率的系列产品(图 1.3) ,广泛应用于各种领域。80 年代中、后期,致力于研制以直线电机为驱动的机床进给系统,成为这一领域的先驱者之一。Siemens 公司也推出了 1FN1、1FN3 等大中 型推力永磁直线同步电机(图1.4) ,适合于加工中心进给系统的驱动。此外,Kollmorgen 公司和德国的 Indramat 公司也推出了永磁直线电机,并进军制造业精密运动领域。目前,国内直线电机的发展还处于实验室开发阶段,主要研究力量是大学和科研院所。将直线电机作为机床或加工中心进给系统研究的主要有广东工业大学、沈阳工业大学和清华大学等几所大学。广东工业大学成立了“超高速加工与机床研究室” ,主要研究和开发“超高速电主轴”和“直线电机高速进给单元” 。他们研究的是直线感应电机,开发了 GD-3 型直线电机高速图 1.4 Siemens 公司的永磁直线电机图 1.3 Anorad 公司的直线电机产品北京信息科技大学学士学位论文6数控进给单元,额定进给力为 2000N,最高进给速度 100m/min,定位精度 0.004mm,行程为 800mm6。沈阳工业大学开始对永磁直线同步电机进行研究,并制造了推力为 100N 的样机。除了样机的研制外,他们研究的另一重点是直线电机的控制算法及伺服系统。清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所针对高速加工中心进给系统的长行程、高推力永磁直线同步电机进行了研究,现在已经设计出第二代样机,设计额定推力为2800N。本课题研究的是用于该直线电机的全数字交流伺服控制系统,争取开发出具有自主知识产权的应用于高速机床进给系统的永磁直线同步电机伺服控制系统。目前直线电机直接驱动技术的发展呈现以下趋势:1部件模块化:包括初级、次级、控制器、反馈元件、导轨等部件模块化,用户可以根据需要(如推力、行程、精度、价格等)自由组合;2性能系列化:由于直接驱动,不像旋转电机那样可以通过减速器的减速比、丝杠螺距等环节调节性能,单一性能的直线电机应用范围比较窄,因此性能的系列化更丰富;3结构多样化:直线电机一般直接和被驱动部件连接,为适应不同的安装要求结构必须多样化;4控制数字化:直线电机的控制是直接驱动技术的一个难点,全数字控制技术是解决这一难点的有效方案。世界上第一台在展览会上展出的直线电机驱动工作台的高速加工中心是德国 Ex-cell-O公司于 1993 年在德国汉诺威欧洲机床展览会上展出的 XHC240 型加工中心,采用的是德国 Indramat 公司开发的感应式直线电机,各轴的移动速度高达 80m/min,加速度可达 1g。图 1.5 安装直线进给系统的高速加工中心 HVM800北京信息科技大学学士学位论文7Ford、Ingersoll 和 Anorad 公司在 80 年代中期的合作最初实现了直线电机在机床上的应用。Ford 公司希望机床既高速、高精度,又高柔性。合作的结果是 Ingersoll 公司推出了“高速模块”HVM800,结构如图 1.5 所示。其三轴都安装了 Anorad 公司的永磁式直线电机,获得很好的性能 7。国内一些公司和研究所也开始涉足机床的高速化工作。在第八届 CIMT03 展览会上,北京机电院高技术股份公司推出了我国第一台采用直线电机驱动的加工中心(VS1250 立式加工中心) ,该机床采用了 Siemens 公司的 1FN1 型直线电机和 840D 数控系统,X、Y轴进给速度可达 62m/min,加速度可达 1g,主轴最高速 15000r/min。据有关预测十五年后,将有 20的数控机床的所有轴都安装直线电机。除了切削加工机床外,各种机械加工机床如激光切割、等离子切割、电火花加工等设备也开始应用直线电机。因此,高推力直线电机有着非常广阔的应用前景! 1.3.2 直线电机伺服控制系统的研究综述目前旋转电机的伺服控制系统已经是很成熟的产品了,但作为一种直线电机进给系统,主要技术还局限于国外的几家大公司,国内的研究也就是处于起步阶段,沈阳工业大学直线电机的控制算法及伺服控制系统进行了相关的研究取得一定的成果。针对高速进给系统用永磁直线同步电机的伺服控制系统,要提高其性能就要从直线电机结构和电气控制两方面着手研究,这包括理论研究和试验研究。1.3.2.1 从直线电机的理论设计上提出改进直线电机的性能永磁直线同步电机由于采用永磁体励磁,在有槽电机中会产生推力波纹、齿槽效应和端部效应。为了减小推力波纹,应使永磁同步直线电机的初级电流和空载反电势波形尽量接近正弦形。构造正弦波形气隙磁密或选择合适的次级磁铁形状及布置方式都能使初级反电势波形接近正弦波形。提高电机推力密度的同时如何减小齿槽力是永磁直线电机要解决的问题,研究表明通过优化永磁体极距宽度、采用磁钢斜排、增大气隙、采用无槽结构、优化铁心长度等措施可以减小或消除齿槽力,但某些措施的采用会造成其它性能的减弱。为了研究端部效应对电机性能的影响,许多学者在建立直线电机数学模型时将端部效应的北京信息科技大学学士学位论文8因素考虑进去,减小端部效应可以从结构(如加入补偿绕组、改变端部形状)和控制(端部效应补偿)两方面采取措施。1.3.2.2 从伺服控制器的设计上改进直线电机的性能伺服控制系统是直线电机设计中的另一个重点和难点。这是因为:直线电机伺服系统运行时直接驱动负载,这样负载的变化就直接作用于电机;外界扰动如工件或刀具质量、切削力的变化等,也未经衰减就直接作用于电机;电机参数的变化也直接影响着电机的正常运行;直线导轨存在摩擦力;直线电机还存在齿槽效应和端部效应。这些因素都给直线电机的伺服控制带来困难,在控制算法中必须针对这些扰动寻求相应的抑制或补偿方案,否则系统的稳定性很难保证。总的来说,直线电机伺服控制系统的设计应满足以下目的:稳态跟踪精度高、动态响应快、抗干扰能力强、鲁棒性好。不同的直线电机及其应用的场合对控制算法也有不同的要求,所以应根据具体情况采用合适的控制算法。适用于伺服控制系统的微机主要有微处理器、单片机和数字信号处理器。随着微电子技术和现代控制理论的发展,伺服控制系统逐渐迈向全数字化控制单元。其中 80 年代推出的 MCS51 和 MCS96 系列单片机,尤其是近几年迅速发展的含有高速数字信号处理器的控制芯片为伺服控制系统提供了高性能的硬件平台,能够满足现代控制算法的实现和实时控制要求。基于上述控制芯片能够实现复杂的控制,目前直线电机伺服控制系统采用的控制策略分析如下:1传统的控制策略传统的控制策略如 PID 反馈控制、解耦控制等,在交流伺服系统中得到了广泛的应用。其中 PID 控制算法蕴含了动态控制过程中的过去、现在和将来的信息,其配置几乎为最优,具有较强的鲁棒性,是交流伺服电动机驱动系统中最基本的控制形式,其应用广泛,并与其它新型控制思想结合,形成了许多有价值的控制策略。在要求实现微精进给、高速与超高速运行的高性能伺服系统中,滞后因素的影响将变的突出,Smith 预估器与控制器并联,可以使控制对象的时间滞后得到较好的补偿,这样在设计控制器时就不必考虑对象的时滞影响,对解决伺服系统中逆变器电力传输延迟和速度测量之后所造成的速度反馈滞后影响是十分有效的。在直线永磁交流伺服电机系统中存在着多个电磁变量和机械变量,在这些变量之间存在较强的耦合作用,为了提高控制效果,在交流伺服系统中通常要求实现矢量北京信息科技大学学士学位论文9控制,矢量控制就是将三相电流矢量分解为两个独立的电流分量,以实现单独控制。一般是使磁场分量为零,使输出力与交轴电流具有线性关系。电流矢量与速度反馈回路也有耦合作用,在动态过程中,可以采用解耦控制算法加以解决,使各变量间的耦合减小到最低限度,以使各变量都能得到单独的控制 8。2现代控制方法随着科学技术的发展,对各种机械零件的加工精度要求愈来愈高,必须考虑控制对象参数乃至结构的变化、非线性的影响、运行环境的改变以及环境干扰等时变的不确定因素,才能得到满意的控制效果。在实际应用需求的呼唤下,在计算机高速度、低成本所提供的良好物质条件下,一系列现代控制方法应运而生,并应用于实际中,如非线性控制、自适应控制、滑模变结构控制、预见控制、鲁棒控制、辨识算法 8。现代控制算法都有很强的针对性和复杂的算法,选择时应结合应用场合和控制性能要求选择相应的控制策略。3智能控制算法从 60 年代起,为了提高控制系统的自学习能力,人们开始注意将人工智能技术与方法应用于控制系统。对控制对象、环境与任务复杂的系统宜采用智能控制方法。模糊逻辑控制、神经网络和专家控制是当前三种比较典型的智能控制策略。针对直线永磁交流伺服系统的控制器设计,主要应用了神经网络的学习能力和模糊控制器的逻辑判断和推理能力。其中模糊控制器专用芯片已经商品化,因其实时性好、控制精度高,在伺服系统中已有应用。如图 1.6 是典型的模糊 PID 控制结构,这样根据输入差分等级不同建立相应的模糊控制规律或做相应的改进。神经网络的应用是与模型参考自适应控制相结合提出了模型参考自适应神经网络控制的一种新型控制技术,它兼具了两者的优点,更进一步提高了直线电机系统的伺服性能。专家控制一般用于复杂的过程控制中,在伺服系统中研究较少。预计在不远的将来,智能控制策略必将成为交流直线电机伺服系统中最重要的控制方法之一 9 。r 比较 处理模 糊控制器 控制对象uee2 y图 1.6 典型的模糊 PID 控制结构北京信息科技大学学士学位论文10综上所述,可以看出直线电机的控制算法运算量较大,而且在高速加工进给系统的实际应用实时性要求很强。因此,要提高直线电机伺服控制系统的总体性能,应选择高性能的运算单元和伺服控制方案。在高速加工中心进给系统中通常采用全数字驱动技术,以PC 机作为基本平台,采用 DSP 实现伺服控制。1.3.3 试验研究旋转电机的试验技术已经很成熟,但是很少有专门介绍直线电机试验技术的文献,试验研究又在直线电机技术发展中的起很大作用。由于结构和运行方式均不同于旋转电机,因此,直线电机的试验方法也有其特殊性,需专门设计试验台和试验方法。1.4 本文主要研究内容本文研究了基于交流永磁直线同步电机的伺服控制单元,主要包括硬件的选型设计和软件控制算法的实现,并初步做了相关的验证性实验。主要内容包括:1交流永磁直线同步电机伺服控制的总体方案分析;2交流伺服控制单元硬件结构的分析和选型;3交流永磁直线同步电机数学模型和控制算法的研究;4全数字交流伺服控制单元的软件结构和控制界面研究;北京信息科技大学学士学位论文11第 2 章 交流永磁直线同步电机基本结构2.1 实验用交流永磁同步电机基本结构本课题所用直线电机为我系自己设计开发的交流永磁同步直线电机,如图 2-2 所示。此直线电机为平板式永磁同步直线电动机。在结构上主要由初级、次级、导轨、传感器、拖链等部分组成。初级和次级是直线电机产生推力的两个最重要的部件,他们的结构组成很大程度上决定了电机的性能。直线导轨起着支撑作用,使动子在运动中始终和定子保持固定的间隙。传感器主要有光栅、磁极霍尔、电流霍尔。2.2 初级结构设计永磁同步直线电机的初级主要由电枢绕组和铝芯两大部分组成。电枢绕组由在同一平面上按照一定规律沿纵向排列并互相连接在一起的多组线圈构成;铝芯是被铣出具有一定槽型和齿型;绕组线圈有规律绕接在铝芯的齿槽中。电枢绕组由高耐热漆包线作为绕组线圈的导线,铝心既是绕组线圈的安装和支撑结构,也是电机的磁路组成部分。起着汇聚磁通、减小磁漏,提高气隙密度和推力的作用。绕组的基本单位是线圈。每个绕组有两个直线边,分别嵌入在铝心的两个齿槽内,是图 2-2 交流永磁同步直线电机北京信息科技大学学士学位论文12绕组的有效部分,也是电磁能量转换的主要部分。绕组的两个有效边沿纵向相隔的距离称为绕组的节距。当绕组的节距与极距相等时称为整距绕组,节距小于极距时称为短距绕组。根据每个齿槽内嵌入绕组边数的不同,绕组可以分为单层绕组和双层绕组,每个齿槽内嵌入一个绕组边时为单层绕组;每个齿槽内签入两个绕组边,且分为上下两层时,为双层绕组。单层绕组多为整距绕组,双层绕组多为短距绕组。根据每相每极分布的绕组边数不同,绕组可分为集中绕组和分布绕组。单层绕组每相每极仅有一个绕组边时为集中绕组,双层绕组每相每极有多于两个绕组边时为分布式绕组。分布式绕组对抑制谐波有好的效果,双层绕组多采用分布式绕组。由于直线电机无法像旋转电机那样绕组线圈沿圆周分布,并最终首尾相连闭合,所以存在特有的端部效应。而双层短距分布绕组端部效应相比单层整距集中绕组更为明显,所以我们选择单层整距集中绕组。通电线圈与对应的 N 极或者 S 极永磁体产生电磁作用。各线圈的感应力的方向相同时,合力才能最大,因此三相绕组的排列顺序不能随意变化。如果采用单纯的绕组平移,结果会出现“混相” ,这样感应力的方向相反,部分力相互抵消,所以是不可取的。如果直接去掉某一槽中的线圈产生“空槽” ,那么三相绕组的电参数出现不对称,会导致明显的推力波动,不符合电动机设计的基本要求。本实验采用“绕组空槽法” ,采用绕组重组产生空槽,保持原绕组各相的次序不变,仅变化空槽对应的绕组。这种接线方式没有使绕组浑相,各槽电流方向也同原来一样,保留了无空槽绕组的特性。2.3 次级结构设计次级主要由永磁体和纯铁底板组成。1983 年问世的稀土钕铁硼(NdFeB)是第三代稀土永磁体,稀土钕(Nd)在稀土矿中含量丰富,价格低廉。钕铁硼永磁体的剩磁密度(Br)达到 1.4T,矫顽力(Hc)达到 990KA/m,最大磁能积 高达 390max).(HB。在一定温度范围内的退磁曲线呈直线。本实验设计的直线电机选择了我国生3/mKJ产的具有良好性能的稀土钕铁硼作为次极永磁体。高性能钕铁硼稀土永磁材料的性价比远远高于其它永磁材料,目前是高磁场永磁电机的首选材料。我国具有丰富的稀土资源,在成本方面具有发展高性能钕铁硼永磁电机的得天独厚的优势 12。次极永磁体通过气隙与初级绕组和铁心相互耦合,在初级绕组中产生磁链,磁链的变化产生空载反电动势。反电动势是电动机最重要也是最基本的设计参数和性能指标,对电机推力性能有重要影响。理想状态中,反电动势具有正弦形状的电动势波形,为了更加接近理想状态,磁钢的排列作了一系列改进。本实验中电机的极距为 30mm,磁钢宽度是北京信息科技大学学士学位论文1322mm,厚 7mm。如图 2-3 所示,通过有限元计算比较,取 =4, 时反电动势波jb02形更为接近正弦波曲线,故在磁钢设计中采用此截面倒角设计。 j图 2-3 磁钢截面形状用同样的方法计算,发现磁钢成平行四边形斜排所产生的推力扰动要比矩形直排小,故在磁钢排列中也采用了平行四边形斜排设计,如图 2-4 所示 11。矩形直排 平行四边形斜排图 2-4 磁钢正面俯视排列把设计好的磁钢极性交替纵向排列粘贴在软铁板上。软铁板采用电工纯铁,它具有很高的饱和磁感应、低的磁滞损耗。起减小磁漏、提高气隙密度,从而增大推力的作用 13。2.4 电机的装配由于本文所设计的直线电机属于大推力电机,磁钢对初级铁心有很强的吸引力,为了顺利把初级装配到直线导轨上,且保证设计的精度要求,我们采用如下装配方法:将定子分成等长两段,先把导轨固定好,在一侧安装固定定子磁钢和纯铁板,把初级动子推到没有安装磁钢的另一侧。安装完毕后把动子顺着导轨推到已经固定好磁钢的一侧,然后把另一块定子磁钢安装固定。如图 2-5 所示:北京信息科技大学学士学位论文14并在每个底座上设计一个定位销孔,来给磁钢纯铁板定位,有效地避免了磁吸力的干扰,而且动子分段后,各段的尺寸变小,有利于动子的储运、安装和防止变形。另外,定子磁钢对下方的铸铁底座也有很强的吸力,所以要有方便卸下定子的设计。本设计就是将定子分成等长两段,采用分别卸下的办法。在每段的纯铁板上置有若干螺孔,卸下时,先用螺栓将定子段顶离底座 510mm,然后水平拖出 14。第 3 章 交流永磁直线同步电机的数学模型和控制算法研究3.1 交流永磁直线同步电机的控制策略的选择现阶段,同步电机的调速控制策略主要有两种,分别为矢量控制及直接转矩控制。为构成高性能伺服传动系统,首先要选择合适的控制策略。目前,直接转矩控制和矢量控制均有成功的应用实例,它们的应用研究仍在不断深入地进行着,不论何种控制方法,或多或少都会有其不足。但随着研究的深入,技术水平的提高,硬件条件的逐渐具备,许多问题都将会被解决 15。对于交流电机来说,目前使用最广泛、并已在实际系统中应用的当属 1971 年由德国西门子公司的 Blaschke 首先提出的矢量控制理论。此理论自诞生之日起,就受到人们的广泛重视,在理论、应用方面进行了深入的研究 16。从理论上讲,矢量控制是建立在被控对象准确的数学模型上,通过控制电机电枢电流实现电磁力矩控制。电机所产生的电磁图 2-5 直线电机装配过程北京信息科技大学学士学位论文15力矩平稳,电机可以运行的转速较低,调速范围较宽。电机启动、制动时,所有电流均用来产生电磁力矩,可以充分利用电机过载能力,提高电机启、制动速度,保证电机具有优良的启、制动性能 17 18。 直接转矩控制则不然,它只保证实际力矩与给定力矩的吻合程度,并根据力矩误差、磁链误差及磁链所在扇区,选择主电路器件开关状态,使电机磁链按照指定轨迹运行。电磁转矩及磁链滞环控制时,电机转矩不可避免地存在脉动,直接影响电机低速运行平稳性和调速范围。另外,通过电机反电势积分求得定子磁链,这种磁链电压模型在低速时准确性很差,受逆变器死区时间、电机电阻及电压检测误差的影响,影响电机低速运行性能,影响电机转速运行范围。且电机静止需要启动时,因电机定子初始磁链位置未知,系统无法发出正确的控制信号,电机启动困难。通常是将电机转子拉到固定位置再进行启动 19。矢量控制技术经历三十多年研究完善历程,在调速系统中应用所获得的性能优异,不论在低速还是在高速,其抗扰特性、启制动特性、稳速特性均达到或者超过直流调速系统。在高精度传动系统中,调速范围达 1041 以上,使用矢量控制技术的通用伺服传动系统调速范围达 510311041。而且目前,直接转矩控制用于控制永磁同步电机时,由于控制周期较长,电机定子电感又小,启动及负载变动过程中,电流冲击大,磁链及转矩脉动较大。如果在永磁同步电机上实施直接转矩控制,必须要有足够短的控制周期,才可改善系统的动静态性能 20。此外,低速情况下的磁链观测和转矩观测很难准确实现,转矩及磁链难以实现高性能控制,电机的速度调节范围不宽。因此,在本实验中,我们选择矢量控制作为控制策略。3.2 交流永磁直线同步电机的数学模型交流永磁直线同步电机与旋转同步电机在数学模型上是统一的,都可以按电机统一理论进行分析。取永磁体基波磁场的方向为 d 轴,q 轴超前于 d 轴 90 度的方向,此坐标轴随电机转子以同步速旋转。则三相永磁同步电动机的 d、q 轴电压方程为:(3-drqsqpiRu1)(3-qrddSi2)上式中,磁链方程为:北京信息科技大学学士学位论文16(3-qiL3)(3-fdi4)带入上式可得:(3-frdrqqs iLpiiRu5)(3-qrddSiii6)上面各式中:-q,d 轴电压;dqu,-q,d 轴电压;i-q,d 轴电感;dL,-定子相电阻;SR-转子电角速度;r-永磁体基波磁链;f-微分算子;永磁同步直线电机的电磁推力为:(3-)(23dqdne ipT7)其中 为电机极对数。将磁链方程代入上式得:n(3-)(23dqdqfne iLiPT8)北京信息科技大学学士学位论文17设 为定子电流合成空间矢量,则有:si= (3-dqji9)与 d 轴间的角度为 ,则有:si(3-insq10)(3-cosdi11)将式 3-10 和式 3-11 带入式 3-8 得电磁转矩方程为:(3-2sin)(21sin23qdfne LpT12)上式中第一项是由定子电流合成磁场与永磁体励磁磁场相互作用产生的电磁转矩;第二项是磁阻转矩,它是由转子凸极效应引起的,并与两轴电感参数的差值成正比 15 16。当 时,上式为:qdL(3-13)sin23fepT本永磁直线同步电机采用平板式结构,初级为三相分布绕组,次级为交替排列的永磁体。初级通入三相对称交流电时,产生的行波磁场和次级磁场相互作用产生直线推力。采用矢量控制策略, d 轴的电流分量 和 q 轴的电流分量 之间的空间矢量夹角始终是diqi90,因此电机推力与 近似成正比关系。qi3.3 交流永磁直线同步电机的矢量控制永磁同步电机矢量控制的方法有: 控制、 =1 控制、最大转矩/电流控0dicos制、恒磁链控制等。 =1 控制可以降低与电机匹配的变频器的容量,适用于大功率cos交流同步电机调速系统。恒磁链控制可以增大电动机的最大输出转矩。比起 =1 控cos北京信息科技大学学士学位论文18制,输出转矩要大一倍。对于最大转矩/电流控制,电机在输出力矩满足要求情况下定子电流最小,可以减小铜耗,提高效率,有利于逆变器开关器件的工作。是一种比较优异的电流控制方法。但是,该控制方法运算复杂,运算量比较大,需要高性能的 DSP 控制器方可胜任 21 。对于 控制,转矩只受定子电流 轴分量 的影响,简化了电机数学模型。对0di qqi于要求产生转矩一定的情况下,需要的定子电流最小,可以大大降低铜耗,提高效率,而且本直线电机属于中小功率类型,所以我们采用 这种最常用最简单的控制方法 22 0d23。对于 控制方法的实现,又可以分为电压前馈解耦控制和电压反馈解耦控制。di电压前馈解耦控制是一种完全线性解耦控制方案,可使 id、iq 完全解耦。但为获得该控制结果,必须实时检测电机速度 与 iq,并做 和 iq 的乘法运算。由于测量精度和微处理器运算速度问题,其电流控制方案的实时性很难保证,从而要做到完全解耦很困难。电流反馈解耦控制是一种近似的解耦控制,只要适当处理,可以使永磁同步电机在动态、静态过程中获得近似解耦,能够得到快速高精度的转矩控制,且控制电路简单,实现方便,是目前普遍采用的电流解耦控制方法。本系统的电流控制采用电流反馈解耦控制方法 24。本课题采用全数字矢量控制算法。位置环、速度环、电流环三环控制,其中三个闭环以传统的 PID 控制来实现。到目前为止,PID 控制仍然是历史最悠久、生命力最强的基本控制方式。因为 PID 控制有如下优点:1.PID 控制原理简单,使用方便,并且已经形成了一套完整的参数设计和参数整定的方法,比较容易掌握;2.PID 控制算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息。通过比例系数、积分时间常数和微分时间常数的适当调整,可以达到良好的控制效果;3.PID 控制适应性强,可以广泛应用于各个方面;4.PID 控制鲁棒性较强,也就是说控制品质对控制对象特性的变化不十分敏感;5.PID 可以根据不同的需要,针对自身的缺陷进行改进,并形成了一系列改进的算法。北京信息科技大学学士学位论文19矢量变换控制理论基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制规律,在磁场定向坐标上,将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量 和产生转矩di的转矩电流分量 。并使两分量相互垂直,彼此独立,分别进行调节 25。qi对直线电机来说,初级的三相电压(U 、V 、W 相)构成了三相初级坐标系(a,b,c轴系) ,其中的三相绕组互差 120,如图 3-1 所示。在直线电机中互差 120 的意义就是在水平方向上互差 1/3 极距。数学上习惯于用直角坐标系来表示一个矢量,故又设定两相初级坐标系(- 轴系) ,由三相初级坐标系到直角坐标系转换称之为 Clark 变换,见公式(3-14) 。由直角坐标系到三相初级坐标系的转换称之为 Clark 逆变换,见公式(3-15 ) 。(3-14) (3-15)122330abcii i132abciiiis abc dq idiq 图 3-1 坐标变换示意图北京信息科技大学学士学位论文20从静止坐标系到旋转坐标系的变换是矢量控制的精髓所在,称之为 Park 变换,见公式(3-16) 。反之称为 Park 逆变换,见公式(3-17) 。(3-16)(3-17) 是 d 轴与 轴的夹角。以旋转电机的 Park 变换理论为基础。从直线电机与旋转电机各部分结构组成来看,此处直线电机动子相当于旋转电机定子,反之直线电机定子相当于旋转电机动子。所以在旋转电机中旋转坐标系固定在动子上,旋转坐标系随着电机转子一起同步旋转。而在直线电机中,由运动的相对性原理,动子的直线运动,可理解为定子相对于动子作反方向直线运动,因此“旋转坐标系” (实际上此坐标系是直线运动的,应称之为直线运动坐标系)则固定在定子上,和定子一起相对于动子作直线运动,如图 3-2 所示。此时,直线电机动子向右作直线运动,其定子则相对于动子向左直线运动,固定在定子上的坐标系也和定子一起相对于动子相对于动子向左运动。动子内部的行波磁场相对于动子本身是向左运动,这样站在固定在定子上的坐标系上观察此同步电机的行波磁场则是静止的。于是让 d 轴位于次级永磁体 N 极轴线上, q 轴则超前 d 轴 90,也就是极距的 1/4。 由直线电机运动时动子所处的位置决定。由光栅信号即可测得该数据。 在旋转同步电机中,电角度是角速度的时间积分,然而在直线同步电机中,电角度就是动子线速度的积分,公式如下:(3-18)公式中,负号代表电角度的增加方向与动子自身的磁场运动方向相反, 是同步电机0cosinidqisidqi 0d/tvp图 3-2 交流永磁同步电机 d-q 轴坐标系北京信息科技大学学士学位论文21的未运行之前的电角度, p 表示极距 24。整个矢量控制的原理图如图 3-3 所示:电压型逆变器交流永磁直线电机光栅编码器SVPWM电流环PI 控制,a,b,cd,q,d,q,电流环PI 控制速度环PI 控制位置环PI 控制磁极位置检测V_REFV_REFVq_REFVd_REFiaibiiid_REF=00S_REFSV_REFiqidiq_REFVa Vb Vc图 3-3 矢量控制原理图3.4 脉宽调制技术1964 年,德国的 A.Schonung 等人率先提出了脉宽调制变频的思想,他们把通信系统中的调制技术推广应用于交流变频器,即正弦波脉宽调制技术(SPWM) 。经典的 SPWM 控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波,或者说,希望
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2952 交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计,交流,交换,永磁,直线,电机,机电,及其,伺服,控制系统,设计
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