永磁同步直线电机推力波动分析及改善措施

为改善永磁同步直线电机的伺服性能 ,需要研究减小其推力波动的技术措施。分析了永磁同步直线电机推力波动的机理 ,指出推力纹波、齿槽效应和端部效应是引起永磁同步直线电机推力波动的最主要原因 ,探讨了减小永磁同步直线电机推力波动的技术措施 ,指出在次级磁路确定之后 ,选择适当的初级电流控制策略可以减小永磁同步直线电机的推力纹波 ;在初级结构和电流控制策略确定之后 ,选择合适的次级磁铁充磁方式、磁铁形状及排列方式 ,也可有效地削弱推力波动 ;齿槽效应和端部效应是产生推力波动的重要原因 ,通过适当的初、次级磁路设计方案可予以削弱     

直线电机参数对活塞位移自传感器输出的影响

通过分析直线压缩机的直线电机的等效电路和活塞位移自传感器的模拟电路,得出了模拟电路参数与直线电机参数之间的关系．对直线电机参数和活塞位移自传感器的输出特性进行了实验研究．结果表明：推力系数在一定的动子行程内是基本恒定的,在上死点附近,推力系数有减小趋势;等效电感和电阻在一定的工作电流内是基本恒定的;直线电机等效电阻及电感的波动对活塞位移自传感器的输出几乎无影响,推力系数的波动影响活塞位移自传感器输出幅值的大小;若要提高直线压缩机活塞位移自传感器的输出精度,需要对模拟电路参数进行微调,以确保输出不失真,同时需要在活塞上死点附近对自传感器的输出进行修正．     

铣削过程多源扰动影响下直线电机推力电流频谱特性分析

针对机床实际铣削过程中进给系统受多源、多频扰动影响,特别是直驱进给系统由于"零传动"特性,运动精度受外界扰动影响更为显著的问题,研究了机床加工过程多源扰动机理、频谱特征及其影响下直线电机进给系统推力电流频谱特性,综合分析了铣削过程中刀具-主轴系统的多源扰动,建立了考虑刀具偏心跳动的铣削力模型、主轴离心力模型、主轴轴承振动模型,并分析多源扰动频谱特性。表征了多源扰动激励下直线电机进给系统输出位移波动特性,并在直线电机驱动的VMC0865机床上完成单轴进给切削实验。实验结果表明:在进给速度为1 500mm/min、主轴转速为5 000r/min、切宽为2mm、切深为2mm的情况下,X轴位移波动均方值从0.36μm增加到0.81μm,推力电流均方值从0.94A增加到1.15A;推力电流增加了主轴转频及其倍频、分频、边频的谐波成分;切削力会影响进给系统运动精度,从而影响零件加工质量和加工精度,验证了切削过程对直线电机进给系统推力电流频谱特征的影响;对比了不同切削参数对进给系统推力电流频谱特征的影响,明确了主轴转速是对推力电流频谱特征最为显著的切削参数。该研究对于直驱进给系统控制算法改进与加工参数选择具有重要指导意义。     

一种采用同型号电机互为负载的直线电机推力波动测试方法

针对传统推力波动测试方法精度不高、结构复杂的问题,提出一种采用同型号直线电机互为负载来测量直线电机推力(PMLSM)波动的方法。根据直线电机中齿槽效应和端部效应的作用机理,将2套同种型号的永磁直线电机刚性连接互为负载,通过改变电机动子之间的相位差来测量两直线电机叠加推力波动进而得到单个电机的推力波动。首先,通过分析推力波动中定位力和纹波推力与位移速度的关系,建立关于电机动子间位置差、相位差的数学模型,并进行叠加推力波动有限元分析;然后,通过改变动子间相位差进行推力波动测试,研究叠加推力随相位差改变的波动规律;最后,采用数字滤波和傅里叶变换,研究从叠加推力波动信息中精确提取单个电机推力波动的方法,得到与有限元分析结果基本一致的定位力和推力波动波形。研究结果表明:该方法能快速、精确地测量直线电机推力波动,且具有较高的测量精度。     

直线电机进给系统机械系统动态特性研究

为了获得满意的运动精度,针对以往直线电机进给系统研究中被忽略的机械系统动态特性,利用达朗贝尔原理建立了机械系统的动力学模型,对直线电机进给实验台的机械系统动态特性及影响因素进行了理论分析和实验测试,同时分析讨论了机械系统频率特性对进给系统运动精度的影响。结果表明:尽管直线电机进给系统机械环节结构简单,但依然具有复杂的动态特性,影响系统运动精度;伺服控制速度环增益越高,机械系统进给方向固有频率越高;随着进给速度的提高,工作台各方向振动频率与幅值均增大,当速度提高1倍时,俯仰振动和偏摆振动致使工作台产生的位移波动增大2倍。     

永磁直线同步电机非线性电感与推力波动的分析和补偿

直线电机绕组电感的非线性特征会引起理想驱动电流下的输出推力波动,构成了一种扰动力并会降低位置跟踪精度。该文基于电机磁链理论进行计算和仿真,推导分析磁链和推力关于电感及电流的表达式和规律,设计实验测量恒定电流下的电机推力随位置的变化规律并进行对比验证,设计电流环补偿方法来改善电机的输出力波动。磁链和推力波动分析结果表明:采用THIII型样机在额定电流下推力波动最高可达2.9%;补偿仿真实验将非线性电感造成的推力波动的影响降至1 N以下,可见电流补偿后的推力谐波得到有效抑制。     

变频谐波诱发轧机传动非线性耦合振动研究

利用扭矩遥测系统在线监测轧机传动轴上扭振信号时,信号特征显示轧机发生机电耦合振动.为研究其机理,利用Matlab/Simulink仿真获得了变频器输出电流基波与谐波分量以及由此产生的电机输出谐波力矩,利用ANSYS分析了轧机传动机械系统的固有特性,建立了含非线性刚度、阻尼项的传动机械系统等效动力学模型,揭示了谐波激励与轧机结构耦合机制及特征.仿真计算表明:减小谐波源幅值和增加阻尼均可大幅降低振动能量.     

永磁同步直线伺服系统的纹波推力补偿

针对纹波推力对永磁同步直线伺服系统的影响,提出了一种纹波推力补偿策略:基于纹波推力自适应补偿的永磁同步直线伺服系统位置控制。在这种控制策略中,首先采用快速傅里叶变换分析推力电流来离线提取纹波推力的特征频率,有利于纹波推力数学模型的简化,再通过递推最小二乘算法在线辨识纹波推力的模型参数,结合纹波推力的特征频率和模型参数,动态地实现了纹波推力的精确估计,最后将纹波推力估计模型直接作用于永磁同步直线伺服系统,对推力电流进行前馈补偿控制,从而实时抑制纹波推力。实验结果表明,采用所提的补偿策略,最大位置跟踪波动误差从补偿前的50μm左右下降到补偿后的不足20μm,位置控制性能得到明显改善,对高性能永磁同步直线伺服系统的抗扰动策略研究具有重要的理论和现实意义。     

可调直流母线电压永磁电机矢量控制策略

针对电动汽车电力驱动系统中采用固定直流母线电压的驱动方式存在直流电压利用率低、电机电流纹波大的不足,研究了适用于电动汽车的可调直流母线电压永磁电机矢量控制策略。根据逆变器参考电压矢量幅值,采用双向DC/DC变换器实时调节直流母线电压的方法,改善矢量控制系统整体性能。最后利用MATLAB对永磁电机新型矢量控制策略进行了仿真,仿真结果表明可调直流母线电压永磁电机矢量控制系统能有效地提高直流电压利用率,减小转矩脉动,改善电机电流波形,减小电机电流总谐波畸变率,证明了该控制策略的有效性和可行性。     

永磁同步直线电机推力波动建模与抑制

为抑制有铁芯直线电机推力波动对控制系统的影响,提高超精密工作台的动态与稳态性能,提出了基于速度和位置的永磁同步直线电机推力波动建模方法。通过分析推力波动与轨迹跟踪误差之间的关系,计算出推力波动所包含谐波分量,并建立推力波动关于直线电机速度、位置的数学模型,基于该模型设计推力波动前馈补偿器。控制平台实验表明:该方法在不同的运动速度下都能够有效地解决推力波动抑制问题,系统轨迹跟踪误差的移动标准差降低到原来的40%,超精密工作台的稳态跟踪误差明显减小。