潘开林[1]2003年在《永磁直线电机的驱动特性理论及推力波动优化设计研究》文中研究说明本文在浙江省科技计划重点项目的资助下,对永磁直线同步电机的电磁特性、电磁参数、稳态特性、力场特性及其推力波动等直接驱动特性进行了深入而系统的研究。 第一章,阐述本论文研究的工程背景与学术价值,详细介绍了国内外直线电机直接驱动技术的特点及其在机械装备、电子专用装备中的应用与研究现状,提出论文研究的主要内容。 第二章,提出了基于EMC(等效磁化电流)的永磁直线电机直接驱动单元的电磁场分析统一模型。在该模型中,永磁体与绕组电流采用通用的傅立叶级数(积分)表示,从而使两者的电磁场分析具有相同的形式。并运用该模型对空心与无槽永磁直线同步电机进行了电磁场对比分析,并与有限元分析进行了对比验证,结果吻合良好。 第叁章,采用许-可变换建立了铁心齿槽永磁直线电机的齿槽效应电磁场分析模型,并结合上一章的统一模型,对铁心分数槽PMLSM的电磁场进行了电磁场解析;并与有限元数值分析进行对比验证,结果吻合良好。 第四章,建立PMLSM的稳态运行方程、相量图、电磁功率方程以及推力等;在此基础上,进一步探讨PMLSM的力角特性、电源电压幅值与频率对功率以及推力的影响、推力系数等。在上述基础理论与前两章电磁场分析的基础上,基于场路结合,分析PMLSM的等效电路与相关电磁参数,并进一步分析其稳态运行特性、功率方程、推力系数等。 第五章,运用有限元数值分析方法,对试验PMLSM在不同电流幅值(电流相位不变)与不同电流相位(电流幅值不变)情况下的水平推力、法向吸力,验证交轴电流与推力之间的关系等。最后对PMLSM的推力波动的产生机理进行了分析,指出关键是反电势波形的正弦形,并进一步论述了通过改善反电动势波形从而降低推力波动的两种有效措施。 第六章,从推力波动的角度对边端效应和齿槽效应进行建模与优化。首先,采用半无限单端结构建立了由于边端效应产生的边端力分析模型,运用傅立叶级数与数值分析相结合的方法对边端力进行了分析,并提出了优化动子长度从而降低边端力的原理与方法;采用有限元数值方法对齿槽效应产生的齿槽力进行建模与分析,以及分数槽与整数槽、不同齿槽结构尺寸下的齿槽力对比分析;最后分析了永磁体宽度对磁阻力的影响,从而确立优化的动子长度、分数槽与永磁体宽度。 第七章,试验研究。提出电磁参数与稳态特性运行测试的试验方案,成功地测试与分析了PMLSM的电磁参数、磁阻力、速度稳定性、精度与重复定位精度特性。并将测试电磁参数和磁阻力与前述分析结果进行了对比验证,均具有较好的一致性。速度特性测试表明PMLSM具有良好的速度稳定性。最后,运用试验设计(DOE)方法与统计学原理,对PMLSM的定位精度、重复定位精度进行统计分析。 第八章,结论和展望。总结全文的主要研究内容和创新点,展望未来的研究工作。
刘强[2]2015年在《进给系统用双边磁通切换永磁直线电机研究》文中认为直线型磁通切换永磁电机(Linear Flux Switching Permament Machine,LFSPM电机)与开关磁阻电机有着共同的基本工作原理,双凸极的结构以及初级永磁使LFSPM电机具有相对较低的制作成本,永磁型的励磁形式使其具备了永磁电机类似的磁场变化规律及其一系列的优良特性。基于加工过程对于精密加工进给系统的推力和精度要求,本文提出了一种适用于进给系统的具有多极和双边结构的直线型磁通切换永磁电机(Double-sided Linear Flux Switching Permanent Magnet Machine,DLFSPM电机),并对电机的各项参数性能进行了设计和优化。首先,介绍了DLFSPM电机的演变过程,分析了电机的电动运行和发电运行原理,并对电机的运行原理进行了有限元验证,仿真了电机的永磁磁链、反电动势、推力、定位力等主要特性。选择了初级永磁型双边型直线电机作为进给载体,并确定了电机的基本结构。利用有限元方法对DLFSPM电机的各项性能进行了计算和分析,并对电机的定位力及推力波动的抑制方法进行专题研究。研究了电机的不平衡电磁力,建立了电机的不平衡电磁力的数学模型,并对该电机在各种参数变化的情况下的不平衡电磁力进行了仿真分析。研究了DLFSPM电机加工过程的要点及流程,依托课题组搭建的驱动控制系统进行了电机的试验。本论文主要研究成果包括以下几个方面：■根据进给系统对直线电机的性能要求,选择了动子初级永磁型结构,确定了DLFSPM电机的动子齿数和定子齿数,并确定了电机的相间距等主要参数。利用有限元方法优化了永磁体磁化方向长度、气隙长度、电流等对于DLFSPM电机的磁链、反电动势、定位力、电磁推力的影响。最后综合确定了电机的尺寸及参数。■基于DLFSPM电机的双边型结构,利用定子齿非对称分布的方法(ADST)和定子齿错位(SSPT)对DLFSPM电机的定位力进行优化。利用有限元的方法计算了低速状态下DLFSPM电机的铁芯损耗,并利用铁芯损耗的方法计算了考虑了磁滞效应的定位力,通过比较定位力优化前后电机的各项性能,验证了定位力优化方法的正确性。■建立了DLFSPM电机单齿的不平衡电磁力的模型。得出了不平衡电磁力产生的机理,推导出了DLFSPM电机的不平衡电磁力的表达形式。仿真了在电枢磁场单独作用及永磁磁场单独作用下以及共同作用下的不平衡电磁力,分析了不平衡电磁力的特点。■研究了DLFSPM电机的加工要点及加工制造流程。依托DLFSPM电机驱动控制系统的试验平台和控制系统的硬件电路,对设计的DLFSPM电机驱动控制系统进行了试验测试,验证了DLFSPM电机设计方案的准确性和可行性。
蔡炯炯[3]2014年在《新型开关磁链永磁直线电机研究》文中研究说明开关磁链永磁直线电机(FSPMLM)是一种初级永磁型电机,是一种适用于长行程的低成本结构。本文先介绍了开关磁链永磁电机(FSPMM)的国内外研究现状、优缺点以及永磁体用量少的结构,重点分析了FSPMLM的结构特点及研究状况,在此基础上,进行了以下工作,具有创新性。(1)分析了定子／转子极数配合对FSPM电机性能的影响和选择原则,以及绕组系数的计算方法和特点,特别解释说明了短距系数的计算方法及特殊性,之后分析了相绕组连接方式。(2)设计了1kN推力的FSPMLM应用于冲压设备,确定了结构类型及关键参数,着重探讨了永磁体尺寸选择规律、槽形选择、次级齿高选择、轭部高度选择等其他文献尚未深入剖析或者展开的问题。(3)提出了一种多齿结构FSPMLM,以公式定性分析,FEM定量计算,分析了端部结构和参数对性能的影响。分析了电枢高度和永磁体高度对推力性能的影响,提出了电枢和永磁体非等高度的方案,并对结构参数进行了优化分析,之后分析了气隙对结构参数的影响。设计了样机,给出了样机参数,基于研制的样机和实验平台进行了测量,实验数据验证了计算结果,表明了分析和计算具有指导意义。(4)分析推导了永磁直线电机(PMLM)斜极(斜齿)的作用,指出了PMLM斜极角选择原则和依据,提出了计算永磁体斜极角度的二维有限元方法,适用于非对称运动模型,可快速有效选择直线电机斜极角度。分析了斜极方法在多齿FSPMLM上的应用,结果表明因为推力波动谐波次数较低,直接应用斜极来减小推力波动不够经济。
彭冲[4]2016年在《四轮独立驱动电动汽车电磁主动悬架优化设计与性能分析研究》文中提出随着汽车工业迅速发展,人类面临严峻的能源与环境挑战,以电动汽车为代表的新能源汽车是实现交通可持续发展的最佳选择,四轮独立驱动电动汽车已被视为电动汽车的最终驱动形式,但由于其特殊的动力布置形式,使整车非簧载质量增加,整车平顺性与操纵稳定性下降。悬架系统直接影响汽车在行驶过程中的平顺性、操纵稳定性等性能,主动悬架系统可提供主动力保证汽车在各工况悬架性能最优,电磁主动悬架以其响应速度快、结构简单、控制精度高等特点成为主动悬架系统作动器的首选。本文基于某电动汽车驱动轮,设计一款具有较好动力学响应特性,结构紧凑及输出推力平稳的电磁主动悬架作动器,从作动器本体参数及磁场理论仿真模型入手,基于作动器灵敏度分析,采用多目标粒子优化算法,探索主动悬架电磁作动器最优设计理论与方法。论文主要研究内容如下:(1)基于驱动轮设计需求,采用磁体排列为Halbach的永磁同步直线电机作为电磁主动悬架作动器,提出电磁主动悬架设计方案,基于电机设计标准及直线电机特性,初步确定悬架作动器的结构设计参数,为电磁作动器后续分析奠定了基础。(2)利用磁通密度矢量公式,采用微分方程及解贝塞尔函数对作动器进行理论解析分析,建立理论解析模型,利用ANSOFT软件对作动器电磁场进行了理论分析,并采用有限元方法对理论模型进行了验证。采用Morris局部灵敏度分析法,对作动器结构进行局部灵敏度分析,获取了作动器主要结构设计参数,为作动器优化设计提供了依据。(3)采用多目标粒子群优化算法,以作动器主要结构设计参数为优化变量,以作动器动力学特性及损耗为优化目标,对电磁作动器进行了多目标优化设计,获取作动器优化结构参数Pareto解集,基于模糊集合理论确定作动器最优结构参数,研究结果表明,优化后铜耗系数下降20.1%,推力体积比提高8.1%,电磁力波动比降低56.1%(4)基于电磁直线作动器本体特征,对作动器工作状态下推力波动机理进行分析,明确了齿槽力与边端力的影响,提出有效减少推力波动减少的措施,研究结果表明:优化后结构参数在两侧边端厚度为2.8mm时,作动器推力波动降低至2.4%。
李奎[5]2016年在《斯特林机用叁相永磁直线电机研究》文中认为直线电机驱动／换能技术是自由活塞型斯特林热机的核心技术。现在普遍使用的单相微型交流电机在功率和性能上具有一定的局限性。而采用叁相永磁直线电机替代传统的单相交流永磁电机则可促进大功率自由活塞斯特林热机与应用开发,使其在克服动力型斯特林机系统固有缺陷的基础上能够应用于高电压、大功率的场合,且更便于采用先进的电控技术来改善整个热/电/机耦合系统的运行特性从而获得更高的整体效能。但关于叁相永磁直线电机用于自由活塞斯特林热机系统的研究还不充分,缺乏系统的理论和方法。本文在深入研究自由活塞斯特林热机以及直线电机机理的基础上,系统的研究了叁相直线电机应用于斯特林系统中的几个关键技术。主要的内容及其意义如下：(1)为在直线电机的初始设计时能够快速估算某些关键参数,基于等效磁路模型,推导了五种可行磁路结构的气隙磁场和电磁力表达式。建立了设计量与磁场和电磁力之间的函数关系。通过对解析解的定性分析,揭示了设计量对磁场、电驱动力和各种定位力(包括齿槽力,端部效应力和径向偏心力)的影响,提出了降低定位力不良影响的方法。等效磁路模型及其解析解,也被用于后续的综合寻优设计中。(2)一维模型过于简化,未能考虑实际电机中连接非线性,几何非线性和材料属性的非线性等复杂因素,因此精确的电机性能研究需要借助更高维度的数值模型实现。基于有限元理论的建模与分析揭示了磁路结构与磁场分布和磁路饱和的关系以及电磁力和定位力等随电流和位置参数变化的规律。其结果可用于电机的选型与设计。(3)针对直线电机设计过程中变量多,性能指标多样,且存在相互冲突的取值要求的特点,结合斯特林热机的应用背景,提出了一种高效的综合寻优设计方法。提出的方法以基于响应面理论的优化设计法为算法的核心,结合参数化的有限元建模技术,将有限元的计算耦合到优化程序中,充分发挥各自的优点得到具有实际应用价值的综合设计方案。优化方法中结合了磁路模型的推导结果,用以提炼构建参数化有限元模型的变量,提高有限元模型的鲁棒性。综合寻优设计计算与实验设计方法的融合,能够实现多目标且有偏向的综合设计,且可通过统计分析技术,对结果进行有效性评价。运用所提出的优化方法,对一种新型的电机作了优化设计,并进行了性能分析。(4)针对自由活塞斯特林热机系统属于多物理场、多变量强耦合非线性系统,动态过程受热力过程、电机特性和控制策略共同决定的特点,建立了综合的性能仿真模型。研究了矩形波电压控制策略下系统的运行特性。通过修改和补充用于旋转无刷直流电机控制的的驱动和控制的矩形波控制技术,提出一种能够满足斯特林热机系统往复运动控制需要的具体控制方法。通过仿真模型计算了系统的启动、运行、调节过程,证明了控制策略能够适应自由活塞斯特林热机的控制需要。实验研究验证了方法的合理性。(5)针对矩形波控制技术用于斯特林用直线电机驱动系统中所存在的电磁力波形不受控而影响机电效率的特点,提出了一种基于直接转矩控制策略的用于自由活塞斯特林系统的叁相永磁直线电机控制方法。通过修改和补充用于旋转电机的直接转控制技术,使提出的方法满足斯特林热机往复运动控制和调节的需要。基于Matlab/Simulink平台搭建仿真系统,分析了系统空载运行、负载运行和调速运行时的响应特性。研究表明,相对于矩形波电压控制策略,系统在直接转矩控制技术下具有更优良的动态特性和机电效率。实验研究验证了方法的合理性。
程传莹[6]2013年在《双边型水冷式永磁直线同步电机的设计与分析》文中进行了进一步梳理永磁直线同步电机(PMLSM)具有高速度、高加速度、高精密等优点,非常适用于高速数控加工设备,受到了世界许多国家的重视。近年来,我国对此进行了较多的研究,也取得了不少科研成果,但由于起步较迟,与美国、德国和日本等发达国家存在差距,还有许多关键技术需要深入研究,因此,PMLSM的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文介绍了PMLSM的基本理论与设计要点,基于有限元分析法,分析了结构型式、槽极数配合与绕组结构对力性能的影响,在此基础上提出了一种双边型水冷式PMLSM,研究了减小齿槽力和边端力的有效方法,在分析结构参数对推力性能的影响后,设计了额定推力为1000N的样机方案,并根据样机设计了实验平台。论文主要得出了以下研究结论：1)槽极数相差1或2的配合结构均适合PMLSM;2)对12槽/11极与12槽/10极双边型平面PMLSM来说,所有齿绕绕组结构性能要明显优于交替齿绕绕组结构；3)针对双边型PMLSM,提出了通过两侧磁极或电枢铁芯端部相对错位的方法来有效削弱推力波动。
张与厚[7]2006年在《永磁同步直线电机推力波动的分析与抑制》文中研究表明直线电机在电机系统中日益得到广泛的应用,而其固有的推力波动会影响电机系统的性能,因此改善和抑制电机系统的推力波动显得尤为重要。本文以永磁同步直线电机为研究对象,针对永磁同步直线电机的推力波动及其补偿措施进行了分析与研究,并利用模糊层次分析法,有重点地提出了抑制措施。本文首先介绍了直线电机系统的特点和应用以及永磁同步直线电机的基本结构和工作原理,建立了解析模型和有限元分析模型分析永磁同步直线电机电磁场和磁力,分析了推力波动对电机性能的影响。在分析永磁同步直线电机推力波动产生机理的基础上,得出引起直线电机推力波动的主要原因:电枢铁心的开断和定子绕组边端排列的不连续产生的端部效应;初级电流和初级反电势波形的非正弦性引起的纹波扰动;磁钢性质和分布影响电机磁场,引起纹波扰动;电机齿槽的存在使得定子与动子之间气隙磁导发生变化引起的齿槽效应。针对推力波动理论分析,给出针对各影响因素可以采取的抑制措施。由于推力波动的原因是多方面的,各因素相互影响、相互关联,本文借助模糊层次分析法求解出各影响因素的权重。在此分析结果的基础上有针对性地提出相应的补偿措施:改进磁钢性能及分析,优化磁场和初级反电动势波形;增加动子边端齿槽宽度,改变动子长度,减小齿槽效应和端部效应引起的推力波动。对电机的结构和磁路优化后,进行了磁场、初级反电动势波形、推力波动测量等实验以验证优化措施的可行性和效果。实验结果表明上述措施是有效可行的,达到了抑制推力波动的目的,并获得良好性能的。
王明义[8]2016年在《精密永磁直线同步电机电流闭环控制关键技术研究》文中认为永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)作为直驱式传动机构的核心单元,具有高推力密度、高精度、高速度和快速的动态响应能力等特点,广泛应用在光刻机、高档数控机床等高端制造装备中。精密永磁直线同步电机控制系统通过调控电机电流的形式获得精确的输出推力,因此,电流环作为位置、速度和电流叁闭环控制中的最内环,是连接控制单元与被控电机间的中枢环节,其品质的好坏直接决定了电机控制系统最终的技术指标。由于永磁直线同步电机输出推力包括有效的电磁推力和产生扰动的推力波动,因此在直线电机的高品质电流闭环系统中,调控电机电流的目的主要从两方面来考虑。一个方面是通过高性能的电流控制策略实现对电机输出的电磁推力进行精确控制。与普通的旋转电机相比,永磁直线同步电机的直驱工作模式、模型的强耦合性和参数不确定性分别对其电流闭环系统的带宽、解耦性和鲁棒性提出了极高要求,所以高性能的电流控制策略成为满足这些要求的必要条件。另一个方面是由于永磁直线同步电机结构的特殊性,端部和齿槽效应会使输出推力中附加较大的波动成分,因此要调节实际工作电流,补偿推力波动对应的等效电流成分,抑制推力波动带来的速度扰动。基于以上分析,针对永磁直线同步电机控制系统对高品质电流调控技术的迫切需求,在电流闭环控制中,开展电流控制策略和推力波动补偿方法两方面的研究工作。因为矩形永磁体结构永磁直线同步电机的推力波动含高次谐波成分,在通过控制方法补偿时,对控制系统带宽提出了极高指标需求,所以本文利用斜极优化方法,抑制推力波动中的高次谐波成分,并通过建立电机数学模型和系统动力学模型,为后续电流控制和推力波动补偿方法的研究奠定基础。首先基于永磁体等效磁化强度法,结合斜极等效分析模型和电枢开槽引起的气隙相对磁导分布函数,得到考虑极间漏磁的斜极有铁芯永磁直线同步电机气隙磁场,在此基础上,利用麦克斯韦张量法,获得直线电机电磁推力解析表达式,并分析直线电机产生推力波动的原因。然后对比分析矩形和斜极永磁体结构的永磁直线同步电机推力波动谐波含量,通过选取合理的永磁体倾斜长度,抑制推力波动中高次谐波成分。最后根据坐标变换原理,建立考虑参数变化的两相旋转坐标系下电机数学模型,并结合推力波动分析结果,推导含有推力波动的直线电机系统动力学模型。在电流控制方法中,针对预测电流控制在直线电机控制性能上的优越性,本文对该方法进行深入研究。对于预测电流控制中时延和参数变化问题,研究分别和同时解决这两个问题的两种高性能预测电流控制方法。首先,推导离散化电机数学模型,基于电压空间矢量控制方法,分析预测电流控制的工作原理。然后,在分别解决时延和参数变化问题的方法中,利用计算下一控制周期的电压参考指令,解决预测电流控制中的时延问题,并针对参考电压限制问题和预测控制带来的角度滞后问题,分别进行优化设计;分析参数变化对电流跟踪性能影响,通过建立扰动状态观测器,提高预测电流控制方法对参数变化的鲁棒性;通过前馈形式,将时延和参数不确定问题的补偿方法结合,得到基于扰动观测器的预测电流控制方法。最后,在同时解决时延和参数变化问题的方法中,通过对电机矢量进行重构,研究同时考虑时延和参数变化问题的高度集成化预测电流控制方法,提高电流控制器的适用性和简易性。在推力波动补偿方法中,针对斜极优化后以低次谐波为主要成分的推力波动,研究推力波动线性观测器,将观测出的波动值换算成等效补偿电流,以前馈的方式进一步抑制推力波动对系统的影响。首先将推力波动各谐波成分定义为状态变量中的部分子变量,结合系统动力学方程,建立观测系统状态方程。由于状态方程具有非线性,通过一阶最优线性化方法,构建推力波动的雅可比线性观测器。为便于数字化实现,利用均值化处理方法,建立雅可比线性观测器的离散化方程。为使推力波动观测值快速收敛于真实值,不影响系统稳定性,基于李雅普诺夫稳定性定理,推导出合理的观测器参数。将观测到的推力波动估算值以前馈形式注入到电流环中,抑制推力波动给系统带来的扰动。搭建气浮支撑结构的精密永磁直线同步电机系统实验平台,研究精确的推力波动测试方案;研制高性能全数字的驱动控制器,设计其关键硬件电路结构和软件工作流程;通过对提出的两种预测电流控制优化方法和推力波动补偿方法的实验研究,进一步验证理论分析的正确性和有效性。
郭福柱[9]2017年在《真空断路器永磁直线电机操动机构的研究》文中认为作为电力系统网络的保护与控制设备,真空断路器是构建智能电网的基础元件之一。真空断路器分合闸所需驱动能量来源于操动机构,其工作性能直接决定真空断路器运行特性和可靠性。为解决12kV真空断路器传统操动机构和旋转电机操动机构结构复杂、可靠性低、动作分散性大以及有槽直线电机操动机构磁阻力引起推力脉动、振动、噪声及速度控制退化等而导致其不能够精确分、合闸的问题,提出无槽圆筒形永磁直线同步电机操动机构。以真空断路器操动机构用圆筒形永磁直线电机为研究对象,对该电机操动机构本体结构与电磁特性进行预设计,采用既能保持种群多样性,又能提高算法收敛速度的多种群遗传算法进行全局优化,对影响真空断路器分合闸振动和噪声的永磁直线电机定位力进行抑制,利用有限元法分析不同电压等级真空断路器圆筒形永磁直线电机操动机构的静动态特性与运动特性定量表征。真空断路器用永磁直线电机操动机构工作性能分析。根据12kV真空断路器实际工程需要和运行环境等条件因素,对比分析不同结构形式的直线电机工作性能,以短时、短行程内提供较大直线运动动能为目标,将无槽圆筒形永磁直线电机用于12kV真空断路器操动机构,采用数值分析手段对其本体结构和电磁参数进行设计。针对真空断路器分合闸过程中须高推力密度与低推力脉动的特殊性要求,采用多种群遗传算法,以永磁体宽度、极距及环形绕组宽度为优化变量,以电磁推力、推力波动畸变率及电机常数(电磁推力与铜损平方根比值)为优化目标,以得到无槽圆筒形永磁直线电机操动机构优化结构参数。传统操动机构(如弹簧操动机构、电磁机构以及永磁机构)和旋转电机操动机构结构复杂、可靠性低、动作分散性大、推力脉动、振动噪声及速度难以控制等因素影响真空断路器的分合闸。依据永磁直线电机定位力产生机理解析分析,采用有限元法,从有/无槽结构、槽极数配合、永磁体宽度、初级铁心长度、初级铁心端部附加辅助铁环等因素综合分析以实现推力波动有效抑制。在上述研究12kV真空断路器无槽圆筒形永磁直线电机操动机构的基础上,提出将无槽圆筒形永磁直线电机用于40.5kV、126kV真空断路器操动机构方案,并对其机构本体进行参数设计与优化,以抑制其推力波动,建立无槽圆筒形永磁直线电机操动机构物理数学模型,并采用有限元法分别对12k V、40.5kV、126k V真空断路器无槽圆筒形永磁直线电机操动机构静动态特性数值仿真与分析,所设计的12k V、40.5kV、126k V真空断路器无槽圆筒形永磁直线电机操动机构能较好满足这叁个电压等级真空断路器分合闸标准规定要求。
张彦龙[10]2016年在《永磁同步直线电机误差补偿及前馈控制技术研究》文中认为永磁同步直线电机越来越多地应用于高速高精度的定位系统中。永磁直线电机驱动方式不需要中间转换环节,可直接提供直线运动,从而减少了因传动链而引入的误差,无需接触便可提供驱动力,进而得到较高的运行速度和较高的重复定位精度,使系统较为稳定。但正是由于直驱进给系统省去了中间转换环节,使得系统容易被外界扰动因素(如摩擦力、推力波动等)所影响,降低了系统的动态精度,容易引起系统不稳定,限制了永磁同步直线电机的应用。同时,仅采用反馈控制会出现电机响应滞后的问题,影响了电机的跟踪精度。因此有必要对抑制摩擦扰动和推力波动扰动的影响的方法以及对提高系统跟踪精度方法进行研究。本文首先基于dSPACE1103和Copley Xenus型驱动器搭建了电机的运动控制系统。对于推力波动扰动的抑制问题,通过分析推力波动特性,基于位置域频率和初相位信息建立了推力波动数学模型。电机在不同速度下运行时基于遗传算法辨识方法分别确定了实验直线电机的推力波动模型参数,以此设计推力波动前馈补偿器,实现直线电机的推力波动抑制。对于摩擦扰动的抑制问题,首先分析摩擦特性,选用Gauss摩擦模型。其次设计电机速度前馈控制器和加速度前馈控制器,仿真实验表明,加入速度和加速前馈后电机的最大位置跟踪误差明显下降。根据电机在不同速度下测得的摩擦力值,运用差分进化算法辨识出直线电机的摩擦模型参数,以此设计摩擦前馈补偿器,实现永磁同步直线电机的摩擦抑制。针对纯反馈所引起的位置跟踪误差大的问题,根据前期电机调试的经验,结合模糊推理方式为Mamdani推理法的模糊逻辑理论,设计了带可调因子的模糊逻辑前馈控制器。应用该前馈控制器,经仿真分析可得,电机的最大位置跟踪误差从原先的17.8μm降到1μm;将其加载到电机实验控制系统中,测得电机最大位置跟踪误差从18.3μm降到了4.3μm,验证了该方法的有效性。本文以永磁同步直线电机为被控对象搭建了运动仿真分析系统和实验平台,研究了对影响系统跟踪性能的摩擦力和推力波动进行抑制的方法,并基于模糊逻辑理论设计了带可调因子的模糊逻辑前馈控制器。这有助于提高直驱进给系统的伺服性能,对于直驱进给系统的应用是有意义、有价值的。
参考文献：
[1]. 永磁直线电机的驱动特性理论及推力波动优化设计研究[D]. 潘开林. 浙江大学. 2003
[2]. 进给系统用双边磁通切换永磁直线电机研究[D]. 刘强. 东南大学. 2015
[3]. 新型开关磁链永磁直线电机研究[D]. 蔡炯炯. 浙江大学. 2014
[4]. 四轮独立驱动电动汽车电磁主动悬架优化设计与性能分析研究[D]. 彭冲. 重庆大学. 2016
[5]. 斯特林机用叁相永磁直线电机研究[D]. 李奎. 华中科技大学. 2016
[6]. 双边型水冷式永磁直线同步电机的设计与分析[D]. 程传莹. 浙江大学. 2013
[7]. 永磁同步直线电机推力波动的分析与抑制[D]. 张与厚. 华中科技大学. 2006
[8]. 精密永磁直线同步电机电流闭环控制关键技术研究[D]. 王明义. 哈尔滨工业大学. 2016
[9]. 真空断路器永磁直线电机操动机构的研究[D]. 郭福柱. 沈阳工业大学. 2017
[10]. 永磁同步直线电机误差补偿及前馈控制技术研究[D]. 张彦龙. 中北大学. 2016
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