基于虚拟电压矢量的双三相直线磁通切换永磁电机容错SVPWM策略

高可靠性是电梯驱动系统的首要指标。针对双三相直线磁通切换永磁(dual-three-phase linear flux switching permanent magnet,DTP-LFSPM)电机单相开路故障,提出一种基于虚拟电压矢量的容错空间矢量脉宽调制策略。首先,基于单相开路故障下的五维变换矩阵计算得到故障后的32个空间电压矢量分布。然后,筛选部分空间电压矢量,以z子空间电压幅值为零且每个扇区产生对称的脉宽调制波形为目标,重构得到12个虚拟电压矢量,相邻的2个虚拟电压矢量都由3个基本电压矢量组成,并用于合成参考电压矢量,不仅可以减少单相开路故障容错控制时的电流谐波,而且具有计算简单,易于硬件实现等优点。最后,搭建DTP-LFSPM电机驱动控制系统仿真与实验平台,仿真和实验测试结果证明所提容错策略的正确性和有效性。

基于MEMD的双轴直线电机平台迭代学习控制

针对双轴直线电机平台交叉耦合迭代学习控制系统中的轮廓误差积累问题,提出了一种改进经验模态分解算法的控制策略。首先,设计单轴的PDFF位置控制器,以满足PMLSM的高精度定位需求;其次,设计了一种具备自适应调节特性的PD型交叉耦合迭代学习控制器;此外,针对经验模态分解算法的端点效应以及模态混叠问题,提出了一种基于交互直线延拓与互补集合经验模态分解的新型改进算法。该算法可以将各次迭代的轮廓误差进行分解,并剔除影响误差收敛的分量。经过仿真分析,对比传统迭代学习控制,所提方法具有更快的收敛速度,能够以较少的迭代次数实现双轴直线电机平台的高精度轮廓跟踪控制。

分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电动势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制。同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度。针对以上问题,该文提出了一种基于无模型电流预测控制(MFPCC)的电流控制策略。首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型。其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电动势动态扰动和参数失配的影响。最后,实验验证了所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电动势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能并降低推力波动。

基于Haar小波的双直线电机自适应滑模控制

针对双直线电机伺服系统的同步控制精度易受耦合干扰、负载扰动和模型不确定性等因素影响,提出了一种基于Haar小波逼近的自适应滑模同步控制方法。采用滑模位置控制器克服扰动对伺服系统的影响,提高抗干扰性能;为削弱滑模控制引起的系统抖振,采用Haar小波基函数逼近系统动态模型中的时变非线性函数,进一步提高系统鲁棒性;同时采用自适应算法在线整定逼近函数的权值,并基于Lyapunov稳定理论证明了控制系统的渐进收敛性。实验结果表明,基于Haar小波的自适应滑模控制与滑模控制相比,不仅提高了系统的跟踪精度和同步精度,还增强了系统的鲁棒性。

基于灰度纹理特征提取和CS-SNN的双初级永磁同步直线电机退磁故障诊断研究

引入一种基于图像形态学纹理特征提取与布谷鸟搜索优化脉冲神经网络(cuckoo search-spiking neural network,CS-SNN)算法相结合的方法,以解决双初级永磁同步直线电机(dual primary permanent magnet synchronous linear motor,DPPMSLM)退磁故障精细定量化诊断识别的问题。首先,根据DPPMSLM拓扑结构约束,通过有限元仿真提取电机气隙空间中三线磁密信号作为有效故障信号;其次,引入图像纹理分析的方法,将一维数据信号映射为二维灰度图像,再采用伽马矫正和边缘提取技术增强图像信息,以提取图像纹理特征组成故障特征向量;然后建立两级CS-SNN分类器实现退磁故障位置类型和严重程度的精确诊断分类;最后,通过退磁样机制作和实验平台验证,提出的新方法能够准确识别DPPMSLM退磁故障位置和严重程度,并具有良好的鲁棒性,是一种有效可行的方法。

精密运动平台宏微控制系统的设计

基于高动态精密伺服运动双台系统模型提出一种非线性宏微控制方法。该方法采用长行程直线电机宏动跟随音圈电机高精密微动的驱动方式,并引入扩张状态观测器。系统在定位误差较大时,采用近似时间最优控制律的轻阻尼宏动台,以允许的最大速度快速响应,在接近目标位置后,再用采用复合非线性反馈控制律的重阻尼微动台来补偿宏动台超调引起的位置偏差,最终实现系统快速高精度的定位。通过扩张状态观测器观测系统的动态变化,补偿系统中的各种扰动,减小系统的稳态跟踪误差。研究结果表明:该方法改善系统的动态性能和抗干扰能力,提高系统的定位精度。

双直线电机伺服系统动态同步进给的鲁棒H_∞控制

以两台直线电机作为高速度、高精度龙门移动式镗铣床的龙门柱纵向进给的传动机构为应用背景,采用直接传动方案,对同一直线伺服系统内双位置环间的动态同步进给控制问题进行了研究.基于H∞控制理论设计了一个同步传动控制器,通过对电流环进行补偿控制提高响应速度实现动态同步进给来保证系统的同步精度;由IP位置控制器来满足位置系统跟踪性能要求.仿真结果表明了所设计方案的合理性和有效性.既保证了闭环系统的鲁棒稳定和具有好的跟随性能,又抑制了模型摄动及外部干扰对系统的影响,保持了系统的鲁棒性能.

精密直驱龙门系统的交叉耦合互补滑模控制

针对龙门定位平台上双直线电动机伺服系统的位置精确同步控制问题,提出一种基于交叉耦合控制(Cross-Coupled Control,CCC)与互补滑模控制(Complementary Sliding Mode Control,CSMC)相结合的控制方案。考虑到永磁直线同步电动机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)易受系统存在的端部效应、参数变化、外部扰动及非线性摩擦等不确定性因素的影响,建立含有不确定性因素的直线伺服系统的动态模型。为了使系统实现高精度强鲁棒性的位置跟踪性能,设计基于CCC和CSMC的双直线电动机伺服系统。利用CSMC对系统不确定性因素不敏感和抖振小的优点,来保证双直线电动机伺服系统中单轴的位置跟踪精度;并将CCC引入到双直线电动机伺服系统中,消除了双电动机之间存在的耦合,进而减小了系统的位置同步误差。系统实验结果表明,该控制方法具有快速的跟踪性和较强的鲁棒性,能够满足高精度强鲁棒性的实际加工生产需求。

0.8W/80K直线驱动斯特林制冷机的研制

介绍了一种 0 .8W/ 80 K分置式斯特林制冷机。该制冷机采用当前国外先进的直线电机驱动 ,双活塞对称布置结构。该制冷机已通过军品所要求的环境试验 ,输入功率小于 4 0 W(DC)情况下 ,其 +6 0℃高温环境下制冷量≥ 0 .5 W/ 80 K ,带载 0 .5 W工况下 MTTF已突破 2 0 0 0小时。文中主要论述了其工作原理、结构特点、试验情况。

高推力永磁游标直线电机的开放式绕组SVPWM控制

提出了基于高推力永磁游标直线电机的开放式绕组空间矢量脉宽调制策略。对双逆变器开放式绕组拓扑结构展开分析,建立空间电压矢量的数学模型。基于现有的两电平逆变器,对双逆变器系统的两边逆变器进行独立分析,将电压矢量组合得到各空间电压矢量对应的开关状态。空间矢量平面被划分为6个子六边形区域,在子六边形内将参考矢量分解为两部分,一部分由一边逆变器钳位于固定开关状态提供,另一部分由另一边逆变器在对应子六边形中调制得到。最后,通过仿真与实验验证了该方法的正确性。

双三相非周期瞬态直线感应电机能量链切换控制策略

采用两条独立能量链供电,工作于非周期瞬态工况的双三相直线感应电机系统,在功率等级、功率密度、控制自由度、系统冗余度等方面具有诸多优势。该文基于考虑动态边端效应的双三相直线感应电机模型,给出了矢量控制策略。结合非周期瞬态系统的运行特性,提出一种故障模式下通过开环计算给定推力作为矢量控制输入的能量链切换控制策略。该控制策略避免了故障暂态过程中给定电流变化与输出电流尖峰的耦合,通过在考虑动态边端效应时电机在最大推力的约束下根据控制目标调整给定推力,实现了系统故障后单能量链的安全运行。仿真和实验验证了所提控制策略的正确性与可行性。

双直线电机TSKRFNN交叉耦合同步控制研究

针对高精密龙门移动式镗铣床加工中心X轴的两台直线电机的同步跟踪问题,采用一种TSK型递归模糊神经网络(TSKRFNN)与交叉耦合控制(CCC)相结合的控制方法。利用TSKRFNN解决单轴PMLSM受到参数变化和外界扰动等不确定性影响的问题,估计并补偿总不确定性因素并在线调整网络参数,从而抵抗外界干扰,提高系统的鲁棒性和跟踪性。其次,为解决双直线电机运行时存在的参数不匹配性和耦合问题,将CCC与TSKRFNN相结合,CCC可以将单轴跟踪误差按照一定比例分配给两台永磁直线同步电动机(PMLSM),以抑制由不同步问题引起的不平衡转矩,从而使系统高精度同步运行。最后,通过双直线电机平台证明所提方法的有效性。实验结果表明,该方法鲁棒性及跟踪性优良,可以较好地满足加工中心同步控制的要求。

内置永磁体双励磁直线同步电机的设计与优化

针对磁浮列车现有的全电励磁直线同步电机悬浮力有限、励磁耗能多的不足,提出内置永磁体双励磁直线同步电机结构.详细介绍了该结构的构成和特点,对永磁体励磁部分和电励磁部分分别进行解析计算,并校核次级受力强度.对该电机进行有限元分析的建模,并求解出电机内的磁场分布情况.通过基于有限元方法求解出的空载悬浮力和空载漏磁系数的比较,优化电机的4个关键结构尺寸参数.将内置永磁体双励磁结构与全电励磁结构及另一种双励磁结构进行了对比分析,结果表明,这种结构的电机具有悬浮力较大、励磁耗能少、永磁体散热好等优点.

双直线电机伺服系统动态同步进给的鲁棒H_∞控制

文章以两台直线电机作为高速度、高精度龙门移动式镗铣床的龙门柱纵向进给的传动机构为应用背景,采用直接传动方案,对同一直线伺服系统内双位置环间的动态同步进给控制问题进行了研究。基于H∞控制理论设计了一个同步传动控制器,来保证同步精度;由IP位置控制器来满足位置系统跟踪性能要求。仿真结果表明了所设计方案的合理性和有效性。

双三相感应电机SVPWM的新型过调制策略

过调制策略能够提高逆变器输出电压范围和品质,从而提高电机输出转速范围和转矩特性。针对双三相感应电机空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法过调制区域有限,分区实现复杂,内存占用率大等问题,提出一种新型过调制策略。该策略将整个过调制区域算法统一实现,不需要分区多控制角计算,同时使调制度与调制后控制比例参数成线性关系,不用查表及数据存储即可实现线性区到十二阶梯波的平滑过渡,使数字化实现更为简洁高效。通过仿真和实验验证了所提过调制策略的正确、可行性。

宏/微双重驱动的新型直线电机研究

大行程、高精度,同时易于小型化的移动机构是先进制造业等领域要解决的关键问题之一,综述了现有宏/微双重驱动机构和直线超声电机的研究进展和存在问题,提出了一种宏微双重驱动新型直线压电电机,使其既能与超声电机一样,直接驱动、响应快、不受磁场干扰实现宏驱动;又能与微驱动一样,精密定位,实现微驱动,并把宏微运动结合起来,在一个电机上同时实现宏微驱动,通过有限元分析软件,计算复合振子的振动模态和静态变形,分析了宏微驱动原理,给出了宏微驱动新型直线电机驱动电源的设计方案。

磁悬浮永磁直线同步电动机的有限元分析

针对数控机床直线电动机驱动系统中动子与导轨之间的摩擦问题,提出采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现无摩擦进给的方法.该电动机的动子上有两套绕组,一套为推力绕组,用于产生电磁推力;另一套为悬浮绕组,用于产生可控的磁悬浮力.采用Maxwell应力张量法推导了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型,并采用Ansoft对不同永磁材料电动机的电磁推力和磁悬浮力进行有限元分析.计算结果验证了数学模型的正确性,证明了采用磁悬浮双绕组永磁同步电动机实现无摩擦进给的可行性.

双永磁电机系统抗扰动转速同步控制

针对不确定性扰动造成的双永磁电机系统转速同步性能下降的问题,提出基于双电机速度环统一建模的抗扰动转速同步控制策略。首先,将2台电机的速度环视为一个整体,建立统一速度环模型;基于该模型,采用线性自抗扰控制器对负载突变、模型失配等引起的扰动进行估计并补偿;进一步提出控制器参数整定方法,并结合交叉耦合结构实现了2台电机的转速同步;最后,采用频域方法分析系统的稳定性以及抗扰动性能。仿真与实验结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。

短初级双三相直线感应电机驱动系统能量链切换控制策略

为了避免两条独立能量链驱动的电机系统故障时刻故障能量链切除导致非故障能量链输出电流突增,实现系统故障模式下单能量链的安全运行,以工作于瞬态加速工况的短初级双三相直线感应电机为研究对象,给出了电机的控制模型。根据电机单能量链的运行特性,提出一种系统故障模式下的能量链切换控制策略,即在系统出现能量链故障后切除故障能量链、非故障能量链的外环参考加速度降为故障前的四分之一。结合系统的控制架构,给出了一种通用的能量链切换实现方法。实验验证了所提出控制策略的正确性与可行性。

电磁发射直线感应电机多约束改进间接矢量控制策略

针对高加速、短行程、非周期瞬态运行的电磁发射技术,在不同应用场景下具有负载特性迥异、发射能源电压电流等级受限以及对直线电机驱动的抗扰性、通用性和推力输出性能要求较高等特性,以短初级双三相直线感应电机为研究对象,基于次级磁场定向探究电机输出推力与dq轴电流、运动速度之间的耦合变化关系,提出一种通用化的直线感应电机多约束改进间接矢量控制策略,在逆变器电流约束、直流电压约束以及电机行程约束下,控制转矩/励磁电流比例系数k恒为1,实现电机在设定电流等级下的最大推力安培比输出与最大推力运行,使负载在最短行程内加速至目标速度。与传统基于查找表的恒/变滑差间接矢量控制方法相比,提出的改进策略可有效避免查表法引入的最优滑差离散误差,使电机在相同电流等级下以理论最大平均输出推力运行,进一步降低负载的行程需求,从而减小直线感应电机的体积重量,提高电磁发射系统的通用性。