高温高功率密度永磁伺服电机电磁热耦合设计

介绍了一种适应高温、高功率密度永磁伺服电机热设计方法。通过国内外技术发展现状分析,结合高温环境应用,分析永磁交流伺服驱动电机在适应高温、高功率密度方面的电磁、热设计技术难点,通过提升永磁交流伺服电机电磁、热联合设计方法,提升高功率密度永磁伺服电机的高温适应性。

基于级联惯性负载转矩观测器的永磁伺服电机复合抗扰控制

针对永磁伺服电机在运行时位置跟踪精度差和抗干扰性能弱等问题,提出一种模型预测位置控制与非奇异快速终端滑模速度控制相结合的复合模型预测控制策略。该控制策略采用非奇异快速终端滑模设计速度控制器,以有效提高响应速度及系统鲁棒性;采用模型预测位置控制提高位置跟踪精度;同时,采用基于转动惯量观测和负载转矩观测器相结合的级联惯性负载转矩观测器观测负载转矩并进行前馈补偿,进一步提高系统的抗干扰性能。通过仿真和实验结果可得,所提复合模型预测控制可有效提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。

永磁伺服电机复合模型预测控制

永磁电机效率和功率密度高、力矩和惯量比大,是工业伺服领域的主流电机。伺服控制技术是充分发挥永磁电机优势、提升伺服系统运行性能的关键。目前,永磁伺服系统多采用多环级联的比例-积分(PI)控制器,但由于积分器的滞后效应,PI动态响应速度较慢,抗干扰能力较差,难以满足机械臂、精密加工等高性能伺服控制的动、静态性能要求。因此,提出一种广义模型预测控制与有限集模型预测控制相结合的复合模型预测控制策略。此外,还提出一种广义模型预测控制的低运算量实现方法及一种机械参数估计方法。试验结果表明,所提复合模型预测控制可提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。

永磁伺服电机嵌入式位置检测系统的设计与实验研究

阐述一种永磁伺服电机嵌入式位置监测系统设计。此系统设计主要包括电机驱动模块、激励信号产生模块、TMR感应模块、预处理电路模块、时栅信号处理模块等功能模块,可实现永磁伺服电机的非破坏性位置检测。同时,根据系统设计搭建实验平台,并由此确认此系统具有较强的可行性。

基于普通精度增量式编码器的永磁伺服电机低速检测与控制优化方法研究

针对永磁同步伺服电机传统控制方法的缺点,提出了一种基于普通精度增量式编码器的低速检测与控制优化方法。在普通低速区,该方法通过扩展M/T法来提高速度检测精度;在超低速区,采用一种改进的T法进行闭环跟踪反馈以实现高精度的速度检测,同时,采用参考速度自适应的PI控制方法,从而获得较好的速度控制性能。最后,在DSP控制器和永磁无刷伺服电机上进行了实验,实验结果表明,所提的优化策略提高了系统低速时的动态性能,扩展了系统的调速范围。

永磁伺服电机转子偏心对电机性能的影响研究

针对永磁伺服电机转子偏心对电机综合性能的影响,以一台14 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,建立了电机二维电磁场数学模型,给出了求解域以及相应的边界条件;采用有限元计算方法,计算分析了永磁电机转子偏心对气隙磁场的影响,给出了转子偏心影响气隙内谐波磁场的变化规律,并与部分实测数据进行了对比。在气隙谐波磁场分析的基础上,定量分析了气隙谐波磁场的变化对电机输出转矩和电机转子表面涡流电密的影响,给出了静态偏心、动态偏心以及不同偏心程度情况下电机输出转矩、电机转子涡流损耗的变化规律,并进一步揭示了涡流损耗变化的机理,为深入研究永磁电机偏心对电机性能的影响提供了理论基础。

绕组分布对永磁伺服电机电磁场与温度场影响的研究

永磁伺服电机采用不同的绕组分布形式对电机的电磁场和温度场均会产生一定的影响,文章以一台8极10 k W的永磁伺服电机为例,建立不同绕组分布的永磁伺服电机模型,对比分析电机不同绕组分布对电磁场和温度场的影响。首先,采用时步有限元计算方法对永磁伺服电机谐波磁场变化进行分析,基于傅里叶谐波分解理论给出电机内各次谐波的变化情况。然后,结合电机转矩脉动系数的分析对不同绕组分布下的永磁电机转矩脉动进行研究,给出电机转矩波动随绕组分布形式的变化规律;其次对电机各损耗的变化规律进行分析,并揭示电机内谐波磁场对电机损耗的影响机理。在损耗研究的基础之上,进一步对不同绕组分布下的永磁伺服电机绕组温度与永磁体温度进行分析,给出不同绕组分布下的温度变化规律。最后,结合有限元计算结果及相关实验验证计算分析的准确性,并进一步揭示双层绕组分布在永磁伺服电机提高电机综合性能方面的作用。

永磁体失磁对永磁伺服电机性能的影响研究

永磁体失磁是永磁伺服电机常见故障之一,其失磁程度的不同将会造成电机性能不同程度的改变。以一台12.5 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,研究了永磁电机失磁对气隙磁场和电流的影响。基于傅里叶谐波分解理论对电流进行谐波分解,给出了电流谐波随不同永磁体失磁率的变化规律。在此基础之上对电机的功率因数、效率、损耗、最大转矩及其过载能力进行研究,给出了电机不同性能参数随转子永磁体失磁率的变化规律,并进一步揭示了电机失磁对电机性能影响的机理,所得出的结论为进一步研究永磁伺服电机故障容错及其可靠性奠定了一定的基础。

水冷永磁伺服电机温升关键问题的研究

文章用流热耦合法对水冷永磁伺服电机温升关键问题进行了研究。为得到合理的冷却水流速,文章理论分析了冷却水流速对电机温升的影响,得到紊流状态下电机温升和冷却水流速间的关系曲线。随着冷却水流速的增加,电机温升变化率在减小,最后趋于饱和。建立电机模型,用有限元流体场仿真软件Fluent对其进行仿真计算,并对样机额定工况不同水速进行试验验证。仿真计算、理论推导和试验能够保持一致。综合考虑散热效果和外部驱动泵损耗,给出所研究电机合理的冷却水流速,对水冷电机冷却系统设计具有指导意义。

永磁伺服电机的鲁棒控制技术

伺服电机及控制器的性能对于先进运动控制系统是至关重要的。文中给出了永磁伺服电机的模型 ,分别介绍了几种鲁棒控制理论在伺服电机中的应用 ,并对用于实现这些先进控制算法的数字信号处理器 (DSP)也作了强调说明 。

交流永磁伺服电机关键加工工艺研究

研究设计出交流永磁伺服电机转子磁钢粘结、定子的加工与焊接及定转子装配的加工方法及工艺装置。论证了这些工艺方法的设计依据及可靠性,通过实际生产中的应用,证实了设计的工艺方法是先进合理、切实可行的。完全可以保证伺服电机的产品质量,并适用于伺服电机的系列化研究和批量生产。

永磁伺服电机嵌入式位置检测理论及误差分析

针对现有的永磁伺服电机位置传感器存在成本高、体积大的缺点和新兴的无传感器技术计算复杂及依赖电机参数的不可靠性问题,提出了绕制时栅线圈检测电机转动位置的方法,但由于绕制时栅线圈检测的方法存在获取信号复杂、测量稳定性差以及线圈绕制不均匀增加误差的缺点,在此基础上,提出了一种基于隧道磁阻效应(TMR)和时栅技术的永磁伺服电机嵌入式位置检测新方法。在原理分析的基础上,根据行波表达式的理论推导,分析了单路和双路驻波幅值不相等所导致的误差规律,为检测结构的优化和进一步提高测量精度奠定基础。最后通过实验,验证了嵌入式位置检测理论分析的正确性以及检测方案的优越性,所提出方法的检测精度较绕制时栅线圈的检测方法提高了3倍,稳定性提高了5倍。

转子分段斜极对永磁伺服电机性能的影响

着重研究不同分段斜极段数对转矩波动和噪声的影响。通过Ansoft软件进行3D电磁场计算,并将3D场计算的气隙磁密进行矢量相加,利用Ansys软件将叠加后的平均气隙磁密进行2D声场计算,将分段斜极复杂的3D声场计算简单化,同时提出一种将转子分成两段斜极结构的简单工艺,并总结了满足该工艺的设计要求。通过试验验证,该仿真计算与试验基本一致,为该类电机设计计算提供参考。

基于复合PI控制器的永磁伺服电机电流控制

在永磁电机伺服系统中,电流环PI控制器通常基于零极点对消的方式设计得到,这会限制系统动态性能的提升。针对这一问题,首先通过传递函数分析说明传统电流环PI控制器存在的问题,然后基于状态方程设计电流环复合PI控制器。通过传递函数进行对比,从理论上说明电流复合PI控制器比传统电流PI控制器具有更好的抗扰性能,并给出相应的约束条件。最后,通过实验对比电流阶跃响应和跟踪正弦给定响应。实验结果表明,采用复合PI控制器的电流控制系统对正弦给定的跟踪误差更小,电流阶跃响应也更快,即电流复合PI控制系统具有更好的跟踪性能和抗扰性能,证明了所提方法的有效性。

不同极槽配合永磁伺服电机的电磁性能分析和比较

针对一款高性能永磁伺服电机的设计指标,在相同的外形尺寸要求下,提出了不同极槽配合的设计方案。结合分数槽集中绕组永磁伺服电机的结构和性能特点,使用有限元软件对2种方案进行了电磁性能分析,通过对齿槽转矩、反电动势谐波、效率等数据的比较,得出了不同设计理念的优劣之处,为下一步永磁伺服电机的样机开发方案选择提供了参考依据。

交流永磁伺服电机在烟机设备上的应用

稀土永磁无刷伺服电机是近几年发展的一项新技术。叙述了永磁电机的特点、性能以及在PRO TOS70、KDF2、Focke 350烟机设备上的改造应用方案 ,在烟草行业具有一定的实用性和推广应用价值。

考虑加工误差的表贴式永磁伺服电机齿槽转矩分析与抑制

在永磁伺服电机中,齿槽转矩对加工误差非常敏感。为获取实际加工误差对齿槽转矩变化规律的影响,本文首先采用能量法建立考虑加工误差的齿槽转矩解析表达式,并分析了齿槽转矩对各种加工误差的敏感性。其次,基于蒙特卡罗方法,通过实测与供应商提供的数据估计各误差的概率分布,由概率分布产生随机样本,据此建立考虑加工误差的有限元模型,计算各模型的齿槽转矩,由此获得齿槽转矩及其频谱的分布规律。并且,论证了定子冲片循环旋转方法的最优旋转槽数,基本消除了定子侧误差产生的额外齿槽转矩。最后,从生产的一批电机中随机抽取样本进行齿槽转矩测试,验证了本文所用分析与抑制方法的可行性。

驱动方式对永磁伺服电机性能的影响分析

永磁伺服电机功率因数高,密度大,体积小,具有较为广泛的应用优势。从驱动控制器供电和电流波形角度来看,永磁伺服电机分为正弦波永磁同步电机与无刷直流电机。本文分析了永磁伺服电机的驱动方式及其电机转矩。由于永磁伺服电机驱动方式趋于多样化,人们需要改变多种驱动方式的电流、过载能力以及转矩等,评价其应用优势,确保永磁伺服电机广泛应用于诸多领域。

工业缝纫机用永磁伺服电机的优化设计

针对一款工业缝纫机用永磁伺服电机的设计指标,提出设计注意要点和方法,在此基础上使用有限元软件对电机进行优化设计,给出设计方案,完成试验样机,样机性能符合技术要求且仿真数据与样机测试结果基本吻合。

小型交流永磁伺服电机制造工艺浅谈

针对小型交流永磁伺服电机的结构特点,详细介绍了小型交流永磁伺服电机的制造工艺,包括电机零部件的机械加工工艺、铁心制作工艺、绕组制作工艺、磁瓦粘贴工艺及电机装配工艺。实践证明,通过应用先进生产制造设备,采用合适的制造工艺,可以提高电机的生产效率,降低生产成本,提升电机性能。