王建峰[1]2003年在《伺服用永磁直线同步电动机的研究》文中研究表明本文以有限元方法为基础，对伺服用永磁直线同步电动机进行了比较深入的研究。 从提高电机的伺服性能方面：提出了优化气隙磁场的几种方法并对电机气隙磁场进行了优化；提出了采用多相电机消除和抑制电机谐波推力的方法。通过解析式分析了电机推力波动的产生原因。这些方法措施对于提高电机伺服性能有很重要的意义和很高的参考价值。 从电机的动态性能方面：建立了电机的PSPICE模型，在PSPICE环境下对电机进行正弦波驱动下瞬态特性的仿真，并与以电磁场分析为基础的时步有限元电机的动态仿真分析进行了比较。文章着重分析了电机的起动过程，讨论了不同起动位置、电机的参数以及电源的频率变化时对电机起动的影响。提出了通过电流相角控制的恒加速起动方法。文章还对电机在受到干扰力后以及在SPWM驱动下的动态过程进行了仿真分析。
王广宇[2]2006年在《精密伺服用永磁直线电机推力波动分析及其控制模型研究》文中研究说明本文以辽宁省自然科学基金资助项目“高速高精数控加工中心直线伺服精密控制技术研究(No.20022037)”为背景,分析了机床用永磁直线电机的特点。针对永磁直线电机的推力波动,基于电磁场理论进行了电机的初级和次级结构设计,并采用DSP构建了控制系统模型。 端部效应、齿槽效应是引起永磁直线电机推力波动的主要原因。针对其结构特点提出了基于磁导调制理论的新型电机结构设计方案,利用分数槽绕组理论,使电机具有短距、分布的效果,在保证电机结构具有良好的工艺性同时,有效的减小了电机的推力波动。利用有限元软件ANSYS对这种结构的电机进行了磁场和推力分析,结果证明这种方法能够明显改善直线电机的扰动,并通过实验测试进行了进一步验证。 利用Halbach阵列的自屏蔽效应使永磁直线电机的气隙磁场得到了增强,并针对梯形的Halbach阵列永磁体进行了基于模拟退火算法的优化设计,其结果表明这种结构不但提高了电机的推力密度,而且有效的削弱了推力波动。针对采用陶瓷基板的永磁直线电机,可省去次级轭铁,减小了电机的体积和重量。并且其优化后的结构使电机推力波动进一步减小,为伺服系统的超精密加工和高动态响应提供了理想的条件。 基于矢量控制理论,利用TMS320LF2407A建立了机床用永磁直线电机的伺服系统模型,采用IR2130来驱动IGBT,通过速度、电流的双闭环调节来提高系统的控制精度,其硬件电路设计合理,并具有自保护功能。其软件编程实现了电流采样、速度计算、坐标变换和空间矢量控制等功能。该系统控制精度高、实时性强,能够使永磁直线电机更好的满足于机床高精度加工的要求。
邱杏坡[3]2017年在《空压机用高效率永磁同步伺服电动机研发》文中认为空压机由电动机直接驱动,使曲轴产生旋转运动,带动连杆使活塞产生往复运动,从而引起气缸容积变化,它广泛应用于各个工业部门,如矿山、化工、能源等。此外,作为工业制造行业的主要动力源,在大部分企业用电中占比最大,成为用电大户。电动机作为空压机的心脏,其能耗问题非常重要,它质量的好坏、效率的高低,将直接影响着空压机的能效比。因此,如何降低空压机的能源损耗从而实现实现高效节能,成为许多企业当前急需解决的重大问题。目前,变频电动机或者宽频电动机替代常规电动机来驱动空压机的方式任然是许多企业的选择,并取得了一定成效,然而这种方式的变频控制比较复杂、效率也较低。相反,永磁同步伺服电动机却具有起动性能良好、功率密度较大、温升较低,轻载负荷时效率较高等优点,是未来空压机的发展方向。本文简单扼要的介绍了空压机用永磁伺服电动机的发展情况,永磁同步伺服电动机的不同转子磁路结构特点,分析了永磁同步伺服电动机磁路特点和运行原理,并针对额定功率37kW,额定转矩120N.m,额定转速3000r/min的空压机用永磁同步伺服电动机展开设计研究。第一,针对样机进行相关材料的选取和基本参数的计算,并了解空压机用永磁同步伺服电动机的实际运行工况,运用Ansoft软件调试了48槽8极、36槽6极和24槽4极叁种不同极槽配合永磁同步伺服电动机电磁设计方案,同时从性能、效率和成本等方面进行比较分析后确定样机方案。第二,基于Ansoft软件针对样机的性能进行有限元分析,主要包括瞬态场、静磁场、涡流场的分析,并对转子磁路结构进行改进,对比改进前后电动机的性能,从而确定空压机用永磁同步伺服电动机转子磁路结构的各项参数,并计算额定负载下各项损耗和效率,在此过程中对永磁同步伺服电动机的工作特性、设计思路、设计步骤进行了分析和总结。最后,输出电磁设计方案,并转化为工程图,对样机进行试制,对比型式试验结果后对设计方案相关系数进行修正,并判断是否符合设计要求,在此过程中也总结了设计上的一些不足,积累相关设计经验。
朱志[4]2009年在《磁悬浮机床用永磁同步直线电机及悬浮系统的研究》文中认为现代高档数控机床对直线进给伺服系统的性能提出越来越高的要求,研究直线伺服电机直接驱动技术具有很重要的意义。本论文分析了机床用大推力永磁直线伺服电机的推力波动原因,基于有限元电磁场计算理论进行了直线电机电磁场及推力波动计算,根据计算结果进行了大推力直线电机的电磁设计和机械结构设计。采用ANSYS对电磁场进行有限元分析,计算出磁场分布和力。端部效应、齿槽效应、法向力是引起永磁直线伺服电机推力波动的主要原因,大推力直线伺服电机端部效应、齿槽效应更为显着,推力波动更为严重。为了削弱永磁直线伺服电机的推力波动,本文采用了基于磁导调制的永磁直线伺服电机设计方法,电机的初级采用开口槽,利用齿槽磁导与端部磁导相调制,使总磁导波均匀分布在奇数个永磁体磁极内。将磁导调制方法与分数槽绕组理论有机结合应用于永磁直线伺服电机的设计中,有效地削弱了永磁直线伺服电机端部效应引起的推力波动。另外,从直线电机生产工艺的要求出发,针对大推力永磁直线伺服电机的生产特点,进行了直线电机的机械结构设计。初级绕组采用单齿集中成型线圈,具有短距与分布效应,且有工艺性好、绕组端部短、推力密度高的特点。本文还介绍了磁悬浮工作原理及系统组成,在分析电磁悬浮力的基础上,建立了磁浮进给系统的单铁数学模型,对所建立的模型在平衡点附近进行了线性化处理,获得系统状态方程和传递函数。在此基础上设计出PDF控制器,利用MATLAB进行了仿真。
刘飞宇[5]2016年在《农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计》文中认为我国正面临着人口老龄化趋势上升和农业劳动力不足日益突现的问题,因此,农业机器人在我国这个农业大国有着巨大的市场。尽管现在应用于农业机器人的电机驱动伺服控制技术已经十分成熟,但由于其工作环境及作业对象的特殊性,目前所采用的封闭式控制系统制约着农业机器人的发展。设计开放式的应用于农业机器人的伺服控制系统显得尤为重要。论文以普遍应用于机器人驱动用交流永磁同步电机为研究目标,对基于DSP的电机控制系统设计与研制进行研究。主要研究内容如下:首先,概要地介绍课题的背景和意义,分析了当前国内外交流伺服技术的研究现状以及发展趋势。通过分析永磁同步电机结构,建立电机在dq坐标系下的数学模型,在选用?0di控制作为矢量控制策略的基础上,设计永磁同步电机伺服系统的叁闭环控制结构。其中,电流环采用PI控制;在速度环控制中引入目标值滤波器型二自由度PID控制方法,并对二自由度PID控制器的设计方法及其实现方案做了详细介绍;设计基于滑模变结构的伺服系统位置环控制器。其次,完成了基于DSP的交流永磁同步电机伺服控制系统的总体方案设计和软、硬件设计。建立以TMS320F2812为核心的永磁同步电机控制系统的硬件平台,主要包括DSP控制板、功率驱动模块、信号检测与调理模块、电源四部分,并完成对DSP控制板的最小系统、其外围扩展电路,功率驱动模块的叁相逆变器电路、驱动电路、整流滤波电路以及隔离保护电路,信号检测与调理模块的电流检测电路、电压检测电路和位置以及速度检测电路的设计。同时,介绍了系统软件的整体结构和设计思想,并详细介绍主程序、中断服务程序和主要功能子程序设计流程,如PWM生成设置、位置与速度计算、电流采用、2-DOF PID控制算法流程、PI控制算法流程。最后,在硬件实验平台上对PMSM伺服控制系统的软件进行调试。给出了调试过程和实验结果,获得的实验波形结果显示,该伺服控制系统具有较好的控制精度,良好的动、静态性能,较大的低速转矩和较宽的调速范围,为后续的研究奠定了必要的基础。
付强[6]2014年在《基于永磁直线电机的电梯控制方法研究与应用》文中研究说明在现代社会发展中,高层建筑越来越多,用于输送人员和物品的设备还是以旋转电机为驱动的有绳电梯。其在运行的过程中出现很多的不足,迫使人们去寻找一种新型的电梯来代替现有的有绳电梯。永磁直线同步电机驱动的无绳电梯是一种性能优良的电梯类型,具有良好的应用前景和广阔的发展空间。从结构上来说,它是无绳电梯,整体结构简单,不需要对重装置。占地面积比有绳电梯要少的多,从而节省投资。由于可以采用分段加工,分段安装,使得这种电梯在运行距离上不受限制。永磁体作为动子,使得电机的推力大,电梯的运行速度快。这些特点非常适合高层建筑,对未来电梯的应用有指导意义。电梯做为一种运输设备时,安全是最重要的因素之一,现有的电梯在发生故障时,都是利用外部的设备或外部的设施来进行自救。本文设计利用永磁直线电机自身特性进行自救。本文主要完成工作如下：(1)在叁种不同坐标系(叁相静止坐标系、二相静止坐标系、二相旋转坐标系)下,建立了永磁直线电机的数学分析模型。(2)分析了永磁电机的工作原理,并叙述了其控制原理与控制策略,研究了速度电流双闭环控制回路,以及在其基础上所作的改进设计。(3)运用迭代学习方法,对速度出现的波动进行重复控制,消除定子采用分段式出现的端部效应。(4)在电梯出现失控情况时,设计以永磁体为动子的控制系统,将永磁直线电机作为发电机与电动机混合体,对其采用应急模式控制,达到进行自救的目的。(5)利用matlab/simulink仿真软件对上述方案进行仿真验证及有效性研究,并得出仿真结果。
赵希梅[7]2008年在《高精度永磁直线同步电动机的二自由度鲁棒跟踪控制研究》文中进行了进一步梳理本文以国家自然科学基金项目“永磁直线交流电机驱动的高精度微进给伺服系统的研究(59875061)”为背景,以现代高档数控机床用永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统为研究对象,针对这种直线电机直接驱动的特点,以及数控机床对高精度的伺服系统鲁棒性和跟踪性能双重高要求,传统的单自由度控制器很难在抗扰性和跟踪性之间取得双赢,因此本文所用的方案是:在控制系统总体构建上,以反馈控制为基础,结合前馈控制,设计了一个新颖的二自由度控制器以确保控制系统的鲁棒性、高精度高速度的定位与轨迹跟踪性能。二自由度控制系统是分别设计鲁棒反馈控制器和前馈控制器,鲁棒反馈控制器主要是确保系统的稳定性和强健的抗扰能力,鲁棒前馈控制器主要是解决系统输出的跟踪能力问题。二自由度控制设计,可以分别独立设计与调整控制器使系统的抗扰能力和跟踪性能都达到最佳状态。鲁棒反馈控制器结构包括:速度回路中的扰动观测器、速度P控制器(或PI控制器)、位置回路中的PD位置控制器与重复控制器。鲁棒前馈控制器是采用了零相位误差跟踪控制器(ZPETC)。设计各种控制器的出发点是根据被控对象与控制器的特点,外界对系统扰动形式以及数控机床进给系统对伺服驱动的要求。针对PMLSM本身的参数不确定性以及包括摩擦在内的各种非线性扰动影响,本文提出了在速度回路中设计扰动观测器,目的是消除或削弱各种扰动的不良影响。为了确保系统实现渐近稳定过程,在位置回路中采用PD位置控制器的形式。PMLSM存在特有的端部效应而引起附加的周期性推力扰动,在扰动观测器已削弱了这种周期扰动的基础上,在此,有针对性地提出在位置回路中增设一个重复控制器来抑制这种周期性扰动,解决了端部效应所引起的推力周期性波动问题。为了提升高速反应、高精度的定位及对轨迹的跟踪性能,在整个的闭环反馈控制系统前面,采用ZPETC作为前馈控制器的控制方案。ZPETC与反馈回路中的鲁棒控制器结构相结合,在控制总体框架下,构成了一个新颖的二自由度控制系统,这就很好地解决了扰动抑制能力与跟踪性能之间的矛盾,为控制器设计提供了很大的灵活性。为解决ZPETC的跟踪性能易受系统参数变化影响的缺点,提出了变增益ZPETC,以有效地克服建模误差与参数变化的影响,从而提高了ZPETC本身的参数鲁棒性。为克服ZPETC在补偿相位误差的同时所引起的自身增益损失,进一步改善跟踪性能,提出了L_2最优ZPETC,通过选取适当的目标函数,利用L_2范数优化设计数字前置滤波器,将此滤波器和ZPETC串联成新的前馈控制器来提高前馈增益,进一步提高了跟踪精度。本文通过仿真和实验研究,验证了所采用的基本理论和提出的控制方法是行之有效的。
张鑫[8]2014年在《磨床M7130进给系统的改造及直线电机应用的研究》文中研究表明高速磨削技术作为近年来兴起的一种先进加工技术,常常用于零件的精加工,可以获得较好的精度与表面特性。一台高速磨削机床不仅需要转速较高的电主轴,其进给系统的性能也是尤为重要的。进给系统的定位能力、速度、加速度性能对被加工零件的轮廓精度与表面粗糙度产生直接影响。所以,对于磨床M7130进给系统的数控化、高速化改造是十分必要的。本文对磨床M7130现有结构优缺点做出细致分析总结之后,比较对照了数种进给系统常用驱动元件,决定采用永磁同步直线电机结构替换原有的液压缸进给结构来实现磨床M7130进给系统的数控化、高速化改造。本文首先分析磨床现进给系统的受力载荷以及结构尺寸,在确定磨床主要技术参数之后预选定直线电机与直线导轨型号,并改造磨床现有结构保证直线电机装配的精度。基于叁维实体软件PRO/E对改造后磨床进给系统建立模型,并导入有限元分析软件ANSYS建立有限元模型。通过分析床身、工作台、电机安装平台的应力、应变云图以及模态阵型图找出改造后结构中存在的薄弱环节与不足之处,对其进行二次改造,使其最终符合磨床正常工作的强度、刚度要求。其次对此次改造的核心部件一永磁同步直线电机的性能进行了分析。提出了优化永磁同步直线电机性能的方法,应用电磁有限元仿真软件ANSOFT对永磁同步直线电机的气隙、初级齿槽形状、次级永磁体排布做出了分析,结合分析结果对电机进行了结构的优化设计,取得了良好的结果。最后对进给系统伺服系统进行了研究,主要探究了永磁同步直线电机的控制方法。基于确立的控制方法设计出永磁同步直线电机叁环伺服控制系统,并利用MATLAB软件下的Simulink模块对其仿真分析。结果证明了设计的伺服控制系统具有良好的动态特性与抗扰动性。本文对机床进给系统不论是从机械结构上还是伺服控制系统上都做了比较深入的研究,得到的理论成果可以为实际工程中机床的生产或改造提供有力依据。
杨少东[9]2006年在《永磁直线同步电机控制技术的研究》文中研究说明直线电动机直接驱动运动设备,省略了机械转换机构,完全消除机械传动元件的速度和加速度的物理极限,具有长行程、低惯量、高精度、快响应和高速度等特征,是先进加工中心的标志。90年代中期以后,直线驱动技术在超精密定位领域中得到了广泛的应用,吸引了越来越多的研究机构和人员投入到这一领域中来。 永磁直线同步电机与普通的直线异步电机相比,具有效率高、输出力矩大、体积小、易于控制等优点,极大地提高了进给系统的快速响应性和运动精度,成为新一代超精密机床中最具有代表的技术。永磁直线同步电机伺服控制系统将是当前和今后直线电机发展应用的一个方向。 本文以直线电机理论为依据,以现有的实验设备及新的实验方法为基础,设计了永磁直线同步电动机控制系统,分析了永磁直线同步电机控制系统中存在的难点,并对直线电动机控制系统的控制性能进行了初步的实验研究。 首先,介绍了永磁直线同步电机的结构、工作原理、相关控制策略,对直线电机控制难点进行了探讨。在此基础上,设计了永磁直线同步电机的控制系统的总体方案。 然后针对永磁直线同步电机控制系统的主要难点,分为位置检测技术,硬件系统设计和软件系统设计叁个方面对控制系统进行分析。根据永磁直线同步电机的特点,提出一种简易的初始位置检测方法,并设计了检测电路。该方法基于线性霍尔元件,基本上不增加控制系统成本,安装简便,效果良好。在普通的叁相逆变电路的直流侧添加DC/DC电力电子电路。这样的做的好处是根据系统需求输出直流电压,减少谐波。由于传统的基于前后台工作机制的电机控制软件存在响应不及时、不稳定等弊病,提出了基于嵌入式实时操作系统机制上编写电机控制软件。 最后基于样机和控制器做了相应试验,分析了试验结果,并提出了存在的问题和下一步的工作展望。
徐阳[10]2009年在《探针定位用两自由度电机系统的研究》文中认为探针定位系统是燃气轮机引射冷却吹风试验台的重要组成部分,控制压力探针作高精度直线和旋转运动,以及多支探针间的协调运动,实现对空气流场的分布式高精度测量,是提高吹风试验中对空气流场特性分析质量的关键性因素。本文出采用两自由度电机实现探针定位的方案。用一台电机,实现两个自由度的运动,减小探针定位系统的体积,直接驱动可以保证恒定的速度特性和较大的加速度,大大提高了控制精度。另外,采用两自由度电机,结构简单,由很少组件组成,因此需要的润滑也较少。这意味着它的使用寿命较长以及运行比较干净。提出的探针定位用两自由度电机实现方案为轴向运动通过一个直线电机实现,径向运动部分通过一个旋转电机实现。直线电机做成中空轴,直线电机的动子与旋转电机的定子做成一个部件,这样既实现了两个自由度电机的结合,又缩小了电机尺寸。确定了轴向运动的直线电机采用短初级、圆筒型、径向式磁路永磁同步结构。用永磁体励磁,无需外加励磁绕组,使电机结构简化,以满足探针狭小空间要求。采用永磁同步,控制性能好、位置精度高,以满足探针定位系统的控制要求。采用短初级结构,可以降低成本。采用径向式磁路结构结构简单,制造容易。管型结构简单、适合高速直线运动、初级绕组利用率高、无横向边缘效应、容易克服单边磁拉力问题、易于调节和控制、适应性强。本文对于这个直线电机,进行了电磁设计和仿真,仿真研究说明电机设计是合理而可行的。提出并设计了基于混合式步进电动机原理的径向运动部分,混合式步进电动机兼有反应式和永磁式步进电动机的优点,既可以有小的步距角,同时又具有定位转矩,本文给出了步进电机的电磁设计和仿真,仿真结果说明该电机满足了探针定位系统的精度要求,实现了断电定位功能。设计的两自由度电机控制系统,控制系统采用位置和速度双闭环控制,轴向线位移为200mm,精度为±3 mm。径向运动部件的混合式步进电机,可360°旋转,精度要求0.1°。通过控制脉冲,控制位置和速度,采用180细分控制,每步分辨率为1.8°/180=0.01°。
参考文献：
[1]. 伺服用永磁直线同步电动机的研究[D]. 王建峰. 太原理工大学. 2003
[2]. 精密伺服用永磁直线电机推力波动分析及其控制模型研究[D]. 王广宇. 沈阳工业大学. 2006
[3]. 空压机用高效率永磁同步伺服电动机研发[D]. 邱杏坡. 华南理工大学. 2017
[4]. 磁悬浮机床用永磁同步直线电机及悬浮系统的研究[D]. 朱志. 沈阳工业大学. 2009
[5]. 农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计[D]. 刘飞宇. 江苏大学. 2016
[6]. 基于永磁直线电机的电梯控制方法研究与应用[D]. 付强. 沈阳建筑大学. 2014
[7]. 高精度永磁直线同步电动机的二自由度鲁棒跟踪控制研究[D]. 赵希梅. 沈阳工业大学. 2008
[8]. 磨床M7130进给系统的改造及直线电机应用的研究[D]. 张鑫. 太原理工大学. 2014
[9]. 永磁直线同步电机控制技术的研究[D]. 杨少东. 浙江大学. 2006
[10]. 探针定位用两自由度电机系统的研究[D]. 徐阳. 哈尔滨工业大学. 2009
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