基于比例谐振内模扩张状态观测器的PMLSM推力波动抑制策略

定位力是永磁同步直线电机(PMLSM)产生推力波动的主要原因,导致振动和噪声,恶化驱动系统运行性能。针对这一问题,该文提出一种基于比例谐振内模扩张状态观测器(PR-IMESO)的PMLSM推力波动抑制策略以提高系统控制精度和运行性能。首先,对PMLSM推力波动进行建模与分析,针对推力波动中占比较大的定位力分量,根据内模原理研究考虑定位力模型的内模扩张状态观测器(IMESO),并在观测器中引入谐振项以加强对二次脉动定位力的抑制。所提出抑制策略对PMLSM定位力具有良好的观测及补偿能力,还可对其余未建模的复杂动子推力波动进行抑制,具有较好的推力波动整体抑制效果。最后,在一台750 W的PMLSM实验平台上验证所提出抑制策略的有效性。

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。

电磁发射用永磁同步直线电机磁场解析及推力波动优化

针对电磁发射用永磁同步直线电机的磁场解析及推力波动优化问题,建立单边发射电机磁场解析模型,利用矢量磁位及边界条件,分别对次级Halbach永磁阵列及初级六相绕组磁场进行解析,得到气隙磁场分布,进而建立单边发射电机主要结构参数与电磁推力间的函数关系。选取永磁阵列极弧系数及厚度、初级绕组宽度及厚度4个参数作为优化变量,利用遗传算法寻找设计变量的最优组合,使发射电机单边电磁推力波动最小化。分析结果表明:磁场解析结果精度较高,电磁推力计算误差满足工程分析的需要;优化后的单边发射电机平均推力提升1.21%,峰均力比下降62.688%,通过解析及仿真结果的对比验证了理论推导的正确性及优化方法的合理性。

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。

注入谐波电流的长初级双边直线感应电机推力波动优化研究

长初级双边直线感应电机(DLIM)的端部效应会引起推力波动,影响电机稳定运行。为降低电机推力波动,采用注入谐波电流方法抑制纵向端部效应引起的两倍滑差频率的推力波动,推导出注入谐波电流后电机气隙磁密和电磁推力的解析表达式。求解出使推力波动分量的合成结果为0时,应注入谐波电流频率、相位、幅值的表达式,并分析注入谐波电流对气隙磁密、推力特性的影响。最后建立长初级双边直线感应电机的有限元模型,仿真计算注入谐波电流的相关参数,分析比较注入谐波电流前后气隙磁密和推力特性,并将仿真结果与解析计算结果对比,二者具有很高的一致性。结果表明注入谐波电流可大幅降低推力波动,为长初级双边直线感应电机推力波动的优化研究提供理论依据。

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。

空心永磁直线同步电机推力波动分析

本文分析了一个U型Halbach空心永磁直线同步电机(IPMLSM)的推力波动。首先推导了dq0坐标系下的推力方程和电感方程,以此分析了电枢绕组互感不对称对推力波动的影响,然后基于有限元仿真得到的三相不对称电流,利用快速傅里叶变换和对称分量法,分析了电流谐波分量和电流不对称性对推力波动的影响。分析表明,电流不对称导致的负序电流是IPMLSM推力波动的主要原因。研究结果为该类电机的优化设计提供了依据。

背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机推力波动抑制

基于背靠背Ω定子聚磁动子横向磁通永磁直线电机(back-to-back Ω stator transverse flux permanent magnet linear machine,BBΩ-TFPMLM)前期研究基础,探索其推力波动对运行稳定性和定位精度影响的改善方法。首先,挖掘影响电机定位力的关键参数并对其影响机理进行剖析,提出一种通过旋转力矩来测量直线力的方法。其次,基于田口法和三维有限元分析方法对气隙长度、永磁体厚度、动子齿宽和错极距离进行仿真优化,以得到最优结构参数及电机定位力、推力、反电势曲线。最后,搭建样机实验平台测试优化参数。仿真和实验结果均表明:优化后的电机定位力峰-峰值减小38.3%,推力幅值增大21.1%,反电势幅值增大5.2%,验证了推力波动抑制方法的可行性。

面向波浪发电优化控制的开关磁阻发电机四象限推力分配策略

直线开关磁阻发电机(LSRG)由于其成本低、可靠性高,十分适合直驱式波浪发电的应用场合。为了提升波浪能的捕获效率,波浪发电装置需要采取优化控制策略来主动地改变浮体-波浪间的相互作用,此类策略要求电机在全部四个象限下具备推力指令跟踪的功能。然而,现有的波浪发电LSRG往往工作在固定开通-关断角的模式下,无法满足这一要求。为此,该文提出一种基于优化推力分配函数的LSRG控制方案,以使电机在四象限下以最小的推力波动实现推力指令跟踪。提出考虑直流电压受限这一约束条件的优化推力分配函数,并进一步讨论其在四象限下的实现方案。搭建LSRG-永磁同步电机对拖实验平台以模拟实际波浪发电工况,在恒定速度、阻尼控制和谐振控制的运行条件下,验证了所提出控制方案的有效性。

一种平板直线电机推力波动的测试方法

直线电机直接驱动系统是近年发展起来的一种新型的进给传动方式,直驱系统技术可以保证相当高的性能水平,比传统的旋转运动具有更高的效率和简便性,具有传统装置无法达到的高速、高精度、高频响、高刚性,同时具有加减速过程短、行程长度不受限制、运动时噪音低等优势。由于直线电机的设计理论局限,加上电机结构、负载及外部干扰等诸多方面的原因,直线电机必然存在推力波动。推力波动的大小能够直观的反映直线电机的运行是否平稳,是检验直线电机性能的关键指标。

永磁直线同步电动机推力波动抑制策略

永磁直线同步电动机自身存在的推力波动是阻碍其获得平稳的速度响应的一个重要因素,如何抑制推力波动的影响是系统控制器设计中必须考虑的一个问题.本文在分析了直线电动机推力波动特点的基础上,对其进行了测量.然后通过对推力波动测量结果进行频谱分析,找出其所包含的主要谐波,建立了推力波动的数学模型.最后基于所建立的模型,对推力波动进行了前馈补偿.当速度环采用滑模控制时,用实验验证了该方法的可行性.实验结果表明对推力波动进行建模和前馈补偿可以显著地改善速度环的响应性能.当系统以0.1m/s运行时,稳态速度波动范围下降到1.83%.

双边长初级磁通切换永磁直线电机推力波动分析及抑制

基于旋转型磁通切换永磁电机的工作原理和电磁发射的特点,提出了一种应用于电磁发射的新型磁通切换型长初级永磁直线电机,该电机具有推力密度大、动子结构简单、质量小的优点。首先,分析了该电机的结构和工作原理,并对该电机的电磁推力各分量的计算公式进行了推导。其次,分析了在正常和故障状态下引起推力波动的原因:根据推力波动产生的机理,针对边端定位力、磁阻力和容错控制运行状态下永磁谐波分量引起的推力波动,分别提出了采用楔形边端设计、绕组电感互补、电流谐波注入和次级错极等方法进行了优化和补偿,并通过二维瞬态有限元进行了验证仿真。最后,通过一台长次级的磁通切换永磁直线电机验证了有限元仿真的正确性以及所提出的推力波动抑制方法的有效性。

一种同步直线电机推力波动特性的检测方法

直线电机的推力波动是直接影响其运动性能的重要因素,而推力波动的精密测试是指导电机设计和控制的重要前提。传统推力波动测试大多采用滚珠丝杠连接旋转电机进行测试,但旋转电机本身带来的转矩波动以及连接机构的传递效率和精度很大程度地影响了检测精度。该文根据永磁同步直线电机电磁模型和有限元方法分析了直线电机电磁推力特性,提出一种由两个同型号直线电机连接并互为负载,调整相对位置后测得推力波动的检测方法。通过不同实验条件下的对比,选择合适的连接机构,测试最大静推力,并通过数字滤波与快速傅里叶变换分析了推力波动特性。实验结果表明该检测方法具有测试结构简单、检测精度高的优势。

对称电流激励长初级直线感应电机推力波动研究

直线感应电机受纵向边端效应影响,推力将产生波动。该文首先对推力波动产生的原因进行了定性分析,推导出推力存在明显的两倍供电频率和两倍转差频率波动,并指出通过控制初级电流对称,将消除由初级电流负序分量引起两倍供电频率推力波动。从一维电磁场分析出发,对比了初级坐标系和次级坐标系两种推导途径,指出初级坐标系下选取边界条件应注意的问题。基于次级坐标系,推导出对称电流激励下推力的时谐解析表达式,得到了推力各分量的转差特性,指出该文研究的直线电机适宜运行在低转差率状态。最后利用直线加速平台进行试验验证,实验结果和理论计算吻合较好。

基于电磁阻尼–弹簧系统的永磁同步直线电机推力波动抑制研究

永磁同步直线电机(permanentmagnetsynchronous linear motor,PMSLM)由于推力波动的存在,影响其在精密数控加工设备中的应用。该文结合PMSLM的结构和运动特点,设计一种电磁阻尼–弹簧系统以实现推力波动的抑制。首先,分别建立PMSLM及电磁阻尼–弹簧系统的动力学模型,分析电磁阻尼–弹簧系统实现推力波动抑制的过程;其次,以推力波动作为电磁阻尼–弹簧系统的激励,采用胡克定律分析弹簧产生的弹力,采用虚功原理分析电磁阻尼器产生的电磁阻尼力,进而得到抑制推力波动的抑制力;然后,通过仿真分析验证解析的正确性,并优选电磁阻尼–弹簧系统的关键参数;最后,通过样机测试验证所提出的方法在不同速度和负载下均能够有效的抑制推力波动。

抑制永磁直线电机推力波动的电流补偿控制策略

针对高档数控机床进给系统用永磁直线电机特有的端部效应所引起的推力波动问题,在实验校正的基础上,利用有限元分析方法计算出推力波动曲线,建立了以次级位置rθ和给定电流iq为索引量的电流补偿模型和补偿表,构造了基于TMS320LF2407A的永磁直线电机推力波动电流补偿控制实验系统,实现了二维补偿表的数字存储和补偿电流的快速查表.进行了补偿与不补偿的对比实验.实验结果表明该方法可使由端部效应推力波动引起的速度波动率显著降低,验证了基于已知补偿模型的快速查表电流补偿控制策略的可行性和有效性.

基于组合继电反馈的永磁同步直线电机推力波动辨识方法

在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素。提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿。针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想继电环节和含有死区的迟滞继电环节相结合的信号激励源;其次利用描述函数对各非线性环节进行谐波线性化进而获取各环节的双输入描述函数,再根据非线性系统极限环存在条件确定系统待辨识参数的解析表达式;最后,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和准确性。实验表明当直驱进给系统匀速运动时,含有推力波动补偿时伺服系统的推力电流波动比补偿前降低了46.3%,其跟踪误差的方均根由34.1μm降至19.3μm。

PMLSM推力波动抑制分段斜极方法研究

为了有效抑制推力波动,提高电机定位、出力及速度精度,分析了永磁直线同步电机(PMLSM)推力波动特点,指出采用分数槽及电枢长度调节之后,2、4、6次波为PMLSM推力谐波主要成分,与以12倍次为主的齿槽力波动不同;在对分段斜极方案优点分析、推力谐波斜极系数计算、电磁推力削弱系数计算的基础上,对斜极角选取策略进行了分析,结果表明:因推力波动的成因和表现不同,直线电机与旋转电机最佳斜极角选取公式有差异;阐述了利用二维有限元计算三维非对称斜极运动模型的方法,用该方法对斜极系数-分段数关系、斜极系数-斜极角关系进行了计算,验证了PMLSM次级永磁分段数及斜角选取的分析.结果表明:永磁体2分段并取30°斜角可使推力波动下降到61.3%且保持96.8%出力.

基于BP神经网络的直线电机推力波动抑制研究

永磁同步直线电机(PMSLM)的齿槽效应和端部效应所产生的定位力是引起推力波动的主要原因,而推力波动是影响其速度平稳性的重要因素之一,抑制由定位力引起的推力波动是伺服控制器设计中必须考虑的问题。此处建立了定位力数学模型,提出了一种基于BP神经网络的推力波动抑制策略。仿真和实验结果均表明该抑制策略的正确性及有效性。

基于神经网络的永磁直线同步电动机推力波动补偿的仿真研究

通过分析永磁直线同步电动机推力波动机理(PMLSM),指出引起PMLSM的推力波动的主要原因,并提出了在系统控制指令中叠加补偿指令的推力波动抑制方法。本文运用BP神经网络,建立了波动力估计模型,实现了波动推力补偿指令的计算。仿真结果表明该方案能有效地抑制PMLSM推力波动对系统的影响,具有很强的鲁棒性。