基于谐波注入分段供电永磁直线同步电机变流器开路推力波动抑制

该文提出一种电流谐波注入的方法,减小长定子分段并联供电永磁直线同步电机系统的驱动变流器发生单相开路故障下电机推力波动。首先,根据动子在定子段的位置,推导出分段单元电机的电压方程,得到各个单元电机的推力表达式和系统总推力。然后,依据变流器单相开路前后的全耦合状态下单元电机基波磁动势不变的原则,构造降阶坐标变换矩阵,得到电机的电压方程和推力表达式。采用注入谐波电流、优化故障后直线电机的输出推力的方式,消除变流器单相开路故障产生的4次和6次推力谐波并消除耦合因数变化对电机推力影响;通过多变流器协同控制多单元电机,有效降低变流器单相开路故障后的推力波动,提高电机的最大输出推力。仿真和实验验证该方法的有效性。

基于补偿绕组的永磁直线同步电机推力波动研究

为抑制永磁直线同步电机的推力波动,提出了一种引入补偿绕组的永磁直线同步电机,具有推力波动低、推力损失小等特点。首先,以12槽14极永磁直线同步电机为对象,优化端部齿参数降低了定位力基波幅值;其次,采用端部力补偿绕组削弱了定位力的二次谐波;再次,采用相补偿绕组较大程度上平衡了三相反电动势。有限元仿真结果显示,在额定负载条件下,引入补偿绕组的结构的推力波动率与优化前相比下降了28.51%,且推力保持不变,验证了其有效性。

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。

初级绕组分段永磁直线电机段间推力优化控制

为克服初级绕组分段永磁同步直线电机(PWS-PMLSM)动子在定子段间运行中存在的推力波动,提高电机的动态响应能力,结合双逆变器交替供电模式提出了一种复合控制方法。利用有限元方法分析了动子出入定子段过程中各定子电磁参数的变化规律,从而建立了PWS-PMLSM的数学模型。依据电机模型,分析了段间推力波动产生的机理,提出了定子段间电流同步跟踪策略来减小各段间电流差异,但此方法依赖于极高的电流响应速度,因此又结合改进的PWM预测控制方法来提高电流调节速度,实现段间电流同步控制。段间电流同步跟踪结合改进PWM电流预测控制方法可以有效抑制PWS-PMLSM段间推力波动,提高系统动态性能。对所提算法进行了仿真和实验验证,并取得了良好的效果。

基于电流误差矢量的绕组分段永磁直线同步电机电流预测控制

为了在不降低电机的推力平稳性的前提下,使直线电机具有大推力、高效率的特性,提出了绕组分段永磁直线同步电机。该电机的定子铁心连续,而初级绕组断开,推导了该电机的离散系统模型。通过电流误差矢量的定义与价值函数的选择,阐明了基于电流误差矢量的电流预测控制方法的原理。针对绕组分段结构的特点,将动子运动区域分为5个子区间,并介绍了不同区间中各段电机电流预测控制方法的实现。实验结果表明,系统电流控制的动态响应特性良好,且动子能够顺利经过共用区。

直升机涵道尾桨永磁同步电机设计与仿真

针对直升机涵道尾桨机械传动系统传动链长、噪声大、结构复杂、传动轴刚度差和安装维护周期长等缺陷,设计一种适用于直升机涵道尾桨的永磁同步电机。通过探究悬停工况下电机主要尺寸与尾桨桨叶长度、宽度以及安装角度的关系,明确一定范围内电机主要尺寸最小时的功率、转矩和转速;采用分数槽集中绕组进一步提升了功率密度,基于14极18槽完成了电机设计。建立电磁场和温度场有限元仿真模型,验证电磁设计的合理性以及永磁体分段降温的有效性。与未分段相比,当永磁体沿周向分4段时,永磁体平均温度降低了55.43%。结果表明:该电机功率密度较高,输出特性良好并且温升较低,能够长时间可靠运行。

绕组分段永磁直线同步电机切换控制研究

为了实现绕组分段永磁直线同步电机(SW-PMLSM)稳定运行控制,对绕组切换控制方法进行了研究。结合SW-PMLSM的结构及调度策略,分析了绕组切换过程中的推力变化,认为永磁体动子纵向的长度等于单台定子纵向长度的整数倍时,动子在移动过程中所受的合成推力将基本维持不变。提出了基于PMLSM直接推力控制及PLC绕组切换运行控制的总体方案,设计了动子位置检测及绕组切换控制系统。最后利用SW-PMLSM直驱无绳提升机进行了实验研究。实验结果表明,SW-PMLSM定子绕组切换过程运行平稳,能耗制动可将电机的运行速度限制在一个稳定范围,具有较好的后备保护功能。

长行程永磁同步直线电机初级绕组结构研究

对长行程永磁同步直线电机初级绕组结构的研究,通过对推力波动与气隙磁场高次谐波的分析,总结出改善直线电机推力波动的初级绕组结构设计方法。

基于分段交错梯形磁极的分数槽集中绕组永磁电机局部切向力的削弱

局部切向电磁力波会通过定子齿的杠杆效应引起定子轭部径向振动,其对振动的贡献可以与径向电磁力波比拟。针对分数槽集中绕组永磁电机的局部切向电磁力波,提出了一种分段交错梯形磁极的削弱方法,该方法可在保证电机转矩密度的前提下,有效削弱局部切向电磁力引起的振动。首先,推导了作用于定子齿部的切向集中力模型,并以一台10极12槽永磁电机为例,分析了局部切向电磁力引起振动的原因。然后,基于有限元模型,分析了分段交错梯形磁极对局部切向电磁力的削弱机理,并对比了优化前后电机的径向力波、电磁转矩以及振动频谱。结果表明,分段交错梯形磁极结构对径向力、切向力均有显著的抑制作用。最后,对优化前后的样机进行振动实验,验证了优化方案的有效性。

无槽圆筒永磁直线同步电机推力波动的解析模型及抑制方法

无槽圆筒型永磁直线同步电机(slot-less tubular permanent magnet linear synchronous machine,STPMLSM)既避免了齿槽结构引起的齿槽力,又解决了初级铁心加工困难的问题,其推力波动主要来源是初级铁心端部效应和三相绕组电感不对称,介于齿槽结构与空心结构之间,推力波动的准确计算是此类电机设计与优化的关键。建立考虑初级端部效应的STPMLSM精确子域解析模型,能够快速计算空载与负载工况下的气隙磁密与推力波动,保证计算结果的准确性和高效性。基于该解析模型,提出初级铁心长度、三相绕组位置及匝数分配的综合优化方法,有效降低STPMLSM的负载推力波动,样机的推力波动从11.04%降到2.78%。最后,有限元模型和样机实验验证精确子域解析法及优化方案的正确性。

初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较

初级永磁型游标直线(LPPMV)电机具有低速、大推力输出特性,特别适用于直线直驱系统。设计合理的绕组连接方式可有效改善电机性能。首先根据电机的运行原理,针对一台6/2极LPPMV电机提出了4种不同的绕组连接方式;其次通过有限元法,比较了LPPMV电机在不同绕组连接方式下的特性,包括空载感应电动势、电感,并在相同铜耗条件下计算了绕组的总质量、电枢电流、推力、铁心磁通密度以及铁耗等,以此得到了不同绕组连接方式下电机的运行效率;最后折中选择了一种绕组连接方式,制造了样机,并通过实验验证了电机的性能。

分数槽集中绕组永磁同步直线电机磁场解析计算

分数槽集中绕组永磁同步直线电机(Fractional-slot Windings Permanent Magnet Synchronous Linear Motors,FW-PMSLM)采用端部不重叠的集中绕组,具有磁阻力小、推力波动小、端部绕组短、用铜材料省、损耗小等优点,适合于长行程、高精度驱动场合。本文以15槽16极FW-PMSLM为例,考虑电枢电流分布函数和永磁体电流密度等效,建立分层解析模型。运用傅氏级数法推导出气隙和磁极区域中磁场的解析公式,分析FW-PMSLM电枢磁场和励磁磁场的分布。针对传统卡氏系数法在计算FW-PMSLM磁场的不足,提出采用分布卡氏系数函数来计及铁心开槽对分数槽电机磁场的影响,将解析分析与有限元分析结果进行比较,验证本文所提分布卡氏系数函数法解析求解FW-PMSLM磁场的有效性。利用该方法分析不同极弧系数、不同初级齿宽以及不同气隙长度时的电机推力以及这些因素对推力解析计算精度的影响,利用不同气隙下的实验结果验证推力解析计算精度。为分数槽永磁直线电机的工程计算和优化设计提供依据。

多段初级永磁直线同步电机驱动的垂直提升系统

按照多段式初级永磁直线同步电机实际结构,利用有限元法求出电机次级在不同位置时各段初级的电感、励磁磁链和切向磁力,构建这些量和次级位置间的函数关系。考虑了电感和磁链的不对称性及励磁磁链中的谐波分量,推导出线参数状态方程。以次级位置和速度为关键变量建立系统整体仿真模型。对系统进行动态仿真和特性分析。实验结果表明,所建模型能很好的反映系统特性,是分析系统的有效工具,所提方法也适用于其它类型的永磁直线同步电机。

绕组分段永磁直线电机切换位置传感器故障诊断及容错控制

绕组分段永磁直线同步电机绕组切换过程中位置传感器信号的丢失,将导致电机速度剧烈波动,引起电机失步。针对以上问题,提出一种切换位置传感器故障诊断及容错控制方法。设计了绕组切换位置检测方法,研究了位置接近开关传感器的故障类型及信号特征,利用动子的运行速度及相邻的位置传感器信号进行传感器状态预测,并结合相邻传感器的边沿触发顺序及传感器状态预测值进行故障诊断。当检测到位置传感器故障时,隔离发生故障的传感器,采用估计值替代故障传感器输出驱动信号,可靠切换绕组分段永磁直线同步电机定子绕组,实现传感器容错控制。利用绕组分段永磁直线电机无绳提升系统进行了实验研究,研究结果表明,当增大传感器间隙,模拟传感器信号丢失故障时,电机定子绕组仍能可靠切换,电机速度运行平稳,该位置传感器故障诊断与容错控制方法可以满足绕组分段永磁直线电机切换控制实时性和可靠性要求,实验结果证明了其可行性和有效性。

多定子永磁直线同步电机绕组切换故障特性研究

针对多定子永磁直线同步电机(PMLSM)运行过程中绕组切换故障可能引起的失步问题,研究了绕组切换故障特性。在分析PMLSM推力功角特性的基础上,研究了频率对稳定运行区间的影响规律,建立了考虑出入端效应的多定子PMLSM推力模型,研究了绕组切换故障对稳定性的影响规律,利用样机进行了实验研究,得到了一台及两台绕组切换故障时,电机运行频率、运行方式对运行特性的影响规律。研究结果表明:低速PMLSM的电阻效应不能忽略,动子所受正向推力作用空间变小,负向推力作用空间增大。相同数量的绕组失电,提升运行时较易失步。失电绕组越多,剩余电机承担电流越大,越易引起失步。

分段式永磁直线同步电机磁阻力分析及优化设计

磁阻力是引起永磁直线同步电机(PMLSM)推力波动的主要原因,降低了电机的推力特性。文章分析了12槽11极PMLSM磁阻力形成机理及周期性分布规律,并采用有限元法论证了一种能消除推力波动的分段式初级铁芯的方法。分析结果表明,具有三个铁芯模块组合初级的直线电机能有效减小磁阻力。最后对分段式PMLSM磁阻力进行综合分析,为PMLSM本体设计和伺服系统设计提供参考。

绕组分段永磁直线同步电机预设性能滑模反推控制

针对绕组分段永磁直线同步电机(WS-PMLSM)参数变化和负载扰动问题,设计一种基于预设性能的指令滤波滑模变结构反推控制器(PPSC)。给出绕组分段永磁直线同步电机的数学模型,使用反推法设计控制器,对于设计控制器中的微分膨胀问题,使用指令滤波解决,并补偿指令滤波误差。为了增强系统动态性能和鲁棒性,引入滑模变结构方法。该控制器与传统的PID控制器进行对比,仿真结果表明,该控制器有更好的鲁棒性。

永磁同步直线电机分数槽绕组谐波分析和齿槽力研究

介绍了永磁同步直线电机齿槽效应产生的原因,利用有限元法,对永磁同步直线电机谐波分量和齿槽力进行分析和仿真,运用傅立叶级数回归,求出各次谐波分量,分析结果表明,采用分数槽短距绕组方法可明显降低齿槽效应的影响.为进一步拟合出齿槽推力波动曲线,实现控制系统的推力补偿提供依据.

永磁直线同步电机伺服系统的分段变论域模糊迭代学习控制

针对执行重复任务的永磁直线同步电机(PMLSM)在迭代学习过程中易受负载扰动、参数变化等非重复性扰动的影响而难以实现高性能跟踪控制的问题,提出了一种迭代学习控制(ILC)与变论域模糊控制相结合的分段变论域模糊ILC方法。在误差较大的时间段,采用变论域模糊控制实时地改变ILC的学习增益,并智能地调整模糊控制的论域,抑制不确定性因素对系统的影响,提高控制精度;在误差较小的时间段,采用PD型ILC,使学习增益稳定,进一步减小位置误差。实验结果表明,该控制方法可以有效地加快收敛速度,提高位置跟踪精度,并增强系统的鲁棒性。

电枢分段供电永磁直线同步电机的非线性数学模型

电枢分段供电永磁直线同步电机(PMLSM)中,相邻分段铁心的存在会导致气隙磁场脉振,动子穿过电枢定子段也会引发复杂的暂态过程。为准确描述电机的动态过程,该文考虑以上两种特有的电磁特性,建立双三相分段供电PMLSM的相空间模型。首先,采用解析法分析脉振气隙磁场的成因,研究电感不平衡以及饱和效应问题,将六相电流转化到αβ坐标系下建立二维电感查询表,有效地降低了模型的运算量。其次,引入易于求导的Sigmoid函数构造随动子位置变化的耦合系数,准确描述动子通过分段过程产生的空载磁链及反电动势。依据上述方法构建电机相空间模型,与有限元模型进行对比,两者电压与推力计算结果一致。最后,在RT-Lab中搭建基于相空间模型的半实物实验平台,结果表明,该模型能够准确地体现电机的各种效应,可以替代计算成本较大的有限元模型。