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。

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。

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。

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。

垂直运行永磁直线同步电机的失步预防策略研究

在对垂直运行永磁直线同步电机的力角特性分析的基础上,研究了供电频率和供电电压对该电机运行稳定性的影响,利用模糊控制理论,建立了基于模糊控制的垂直运行永磁直线同步电机的失步预防策略。该策略采用双模态模糊控制结构,以功角的稳定余量为控制量,采用改变供电电压和改变电机运行速度的方法,预防该电机失步发生。实验结果表明,该策略能够有效地提高垂直运行的永磁直线电机运行的稳定性、安全性,并且能够达到预期的控制效果。

分段式永磁直线同步电动机的磁阻力

针对驱动垂直提升系统的分段式直线同步电动机磁阻力大的问题,利用磁场能量解析分析由于齿槽存在和铁心开断引起的分段式永磁直线同步电动机的磁阻力,建立分段式永磁直线同步电动机的有限元分析模型,分析电机内磁场分布,数值法分别计算电机的齿槽引起磁阻力和由于铁心分段引起的边端磁阻力,解析分析结果与有限元分析结果相一致,在定子绕组不通电的情况下,利用压力传感器实验测试了分段式PMLSM的磁阻力,与有限元计算结果相对比证实了理论分析的正确性。

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.

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.

初级分段连续布置垂动PMLSM运行特性研究

针对初级分段连续布置永磁直线同步电机(PMLSM)垂直提升系统段间过渡会对PMLSM整体性能产生不利影响的问题,利用有限元分析法研究初级分段连续布置垂动PMLSM运行特性,建立了符合现有样机的垂动PMLSM独立单元电机(16P15S)和初级分段连续布置PMLSM二维有限元模型,确定了PMLSM单元电机的参数以及电源在不同频率(6Hz、14Hz、25Hz)时的功角特性、功角电流特性,分析了单元电机在连续布置时同功角、不同段间间隙(0、0.5mm、1.5mm)时的推力波动情况及反电势状况。研究结果表明:PMLSM低频运行时,电枢电阻作用与频率成反比,易引起失步;PMLSM单元电机轻载时电枢电流出现拐点,拐点两侧负载变化均使电枢电流增加,正常工作域时,电流较小,功率因数和效率较高。

基于低阶串行双扩展卡尔曼滤波的永磁直线同步电机无速度传感器控制策略

首先,基于三相永磁直线同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,推导出系统的三阶状态方程,实现基于扩展卡尔曼滤波算法的动子速度估计;然后,分析传统扩展卡尔曼滤波算法的计算过程,针对其实时线性泰勒近似是在上一周期的最优估计处完成,因而具有一定滞后性的缺陷,提出一种低阶串行双扩展卡尔曼滤波算法,通过两个低阶扩展卡尔曼滤波算法串行执行,在当前周期的最优估计处完成泰勒近似,提高状态估计精度;最后,仿真和实验结果表明,提出的基于低阶串行双扩展卡尔曼滤波器的无速度传感器控制策略,相比于常规扩展卡尔曼滤波器无速度传感器控制方法具有更高的速度估计精度。

Halbach阵列永磁同步直线电机边端力最小化研究

为了最小化由边端效应引起的永磁同步直线电机的推力波动,分析了永磁直线电机边端力产生的原因。以Halbach阵列永磁直线电机为例,用两种解析方法推导出最优初级长度。用基于傅里叶极数的解析方法推导得出了最小边端力下的初级长度计算公式;并用等效磁化电流法求出空载气隙磁密,用麦克斯韦张量法求出直线电机初级所受边端力,根据解析式分析边端力特性,并推导出边端力最小时的初级长度表达式。通过有限元验证了初级长度计算公式的正确性,结果表明提出的最优初级长度是可行的,可以有效降低永磁直线电机的边端力,从而抑制永磁直线电机的推力波动。

双三相永磁直线同步电机的推力波动及抑制

基于有限元模型,分析了双三相永磁直线同步电机的推力波动,其包括两个由直线结构引起的分量,一个分量是由铁心开断引起的磁路不对称所产生,另一个分量由绕组空间位置不对称引起的电感不对称所产生。针对前者,采用优化铁心边端齿的方法来抑制;针对后者,则提出不等匝数绕组结构来抑制,并通过优化得出了性能最佳的匝数配合。最后,计算优化的电机结构每相绕组自感和互感,显示了电感对称性得到了提高,表明该方法能降低推力波动。最后通过样机验证了模型的准确性。

双三相永磁直线同步电动机的运行特性研究

针对永磁直线同步电机推力波动大的明显缺点,提出了一种新型的双三相永磁直线同步电机,完成了双三相永磁直线同步电机在d-q坐标系下的数学建模,重点研究了双三相永磁直线同步电机的运行特性,最后通过Ansoft有限元方法(FEM)进行了验证,仿真实验证明了理论的正确性,研究结果为双三相永磁直线同步电机设计理论及控制策略有着指导意义。

初级永磁直线电机双动子电流镜像容错控制

为解决双动子无电流传感器控制算法存在参数依赖性高、鲁棒性差等问题,提出一种电流镜像容错控制(current mirror fault-tolerant control,CMFC)策略,在仅采用单动子相电流传感器的条件下完成两台级联动子的控制。双动子系统中动子1为正常动子,采用传统的有限集模型预测控制(finite control set-model predictive control,FCS-MPC)完成电流的跟踪控制。动子2为故障动子,所有电流传感器均发生故障。CMFC控制将动子2虚拟电流与动子1的虚拟电流作为FCS-MPC控制器的输入并完成电流跟踪控制。通过完成两台动子的虚拟电流跟踪,由镜像原理实现两台动子的实际电流跟踪。理论分析和仿真实验证明了CMFC控制能实现动子2实际电流的稳定控制,且具有鲁棒性高的特点。