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     

基于ELM的永磁直线电机推力波动补偿研究

针对永磁直线电机推力波动的非线性特点,设计了PID+ELM前馈补偿的永磁直线电机位置控制系统.用于训练ELM网络的样本可通过分析推力波动的特点及其规律获得,将训练好的网络作为前馈补偿环节,用于补偿控制系统中推力波动的影响.仿真结果表明,所提出的控制方案有效且可行.与基于SVM和RLS的方法相比,虽然其跟踪精度稍差,但其训练时间较短,适用于实时性要求较高的场合.     

永磁同步直线电机推力及垂直力的有限元计算

为精确计算永磁直线同步电机的推力和垂直力 ,同时减小计算量和积分路径对计算结果的影响 ,对 Maxwell张量法进行了改进和优化 ,以提高计算精度 ;指出沿积分方向通过单元中心线的积分路径为最佳 ,计算精度最高。用Fortran 77编写了计算永磁同步直线电机推力和垂直力的后置处理模块 ,并利用该模块分析了永磁同步直线电机的静态推力和垂直力特性。对此方法的可扩展性进行了讨论 ,指出此方法同样适合于其他类型直线电机的推力和垂直力计算     

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。     

变负载下永磁同步直线电机的推力及速度变化分析

以永磁同步直线电机为研究对象进行受力分析,建立数学模型,并利用Matlab/Simulink软件建立直线电机的仿真模型,探究施加不同负载时直线电机的推力以及速度变化.结果表明:随着工件质量的不断增加,直线电机的状态响应时间和最大偏差也在增加;速度的响应时间曲线上升趋势较为平缓,推力的响应时间曲线变化明显;推力的超调量曲线上升趋势较为平缓,速度的超调量曲线上升趋势变化明显,当工件质量为240 kg时,电机速度的超调量超过30%,严重影响到电机的运行.为降低负载变化对直线电机稳定性的影响,通过计算得出了最大负载质量和最大电机推力.     

永磁同步直线电机模糊预测控制策略

为了解决模型预测控制寻求最优控制变量时,由于权重系数选取不合理而导致的实际电流不能紧密跟随给定或预测输出电压波动过大的问题,提出了一种基于模糊控制动态选择权重系数的模型预测控制方法。将模糊控制应用到选取权重系数中,把最优权重系数在线输送给当前正在运行的模型预测控制系统;通过3组试验对不同的权重系数进行仿真、对比和分析,得出权重系数的合理区间。仿真结果表明,基于模糊控制的权重系数具有良好的兼顾性能,当负载变化剧烈时,电机的鲁棒性较好,电流可以紧密跟随给定;当负载变化平缓时,在满足电流可以跟随给定的条件下,输出电压的波动会减小。改进后的控制系统具有较强的抗扰动能力,可以根据负载变化需求自动变化权重系数,为永磁同步直线电机的控制设计提供参考。     

直线永磁振动电机的磁场与静推力特性分析

主要介绍了一种直线永磁振动电机的结构及其工作原理，并用有限元软件对其在不同位置时的磁场进行了分析，同时搭建实验台做了实际的测试，给出了误差及出现误差的原因。该电机结构简单，可靠性高，寿命长，易维护，并且控制电路简单，运行平稳，适用于小功率电磁间的开关系统中。     

多永磁同步直线电机协同控制研究

为实现多电机协同控制,以3 台永磁同步直线电机组成的运动控制系统为研究对象,研究不同拓扑结构对电机间的协同性能的影响,同时提出一种相邻偏差耦合协同算法用以提升协同系统的整体控制效果。实验结果表明,应用相邻偏差耦合算法后,永磁同步直线电机间的协同精度均有所提高,相邻电机间的协同误差均由0． 30 mm 降至0． 25 mm,协同精度提高了17%。     

永磁同步直线电机速度控制系统的研究

针对永磁同步直线电机,介绍了其数学模型,建立了永磁同步直线电机闭环控制系统,分析了各种控制方法在直线电机控制系统的优缺点.通过分析比较,得出永磁同步直线电机调速系统中基于饱和函数的模糊滑模控制系统具有很强的鲁棒性,可以有效地削弱抖振,系统动静态性能良好.     

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。     

高推力永磁直线同步电动机控制中的电流补偿

为满足高推力永磁直线同步电动机的速度伺服要求,选择IP速度控制器,借助在线辨识的方法对直线电机的动子质量、粘滞摩擦因数和推力波动进行辨识,并分别利用在线和离线补偿的方式,对推力扰动进行电流补偿.仿真结果表明,离线补偿使系统的速度波动降低,在线补偿使系统具有很强的鲁棒伺服性.     

双边永磁同步直线电机随机模型系统辨识

为解决双边永磁同步直线电机离散传递函数模型参数动态变化、传统方法辨识精度低的问题,提出一种基于随机模型的系统辨识方法,分析运动过程中的系统特性,结合具有随机扰动项的Box-Jenkins模型,辨识动态系统传递函数模型参数。通过注入不同频率逆M序列电流信号,充分激发系统响应,比较分析不同实验条件下的系统辨识结果。选择预报误差法定义平方差代价函数,运用Levenberg Marquardt算法不断迭代优化以获得传递函数模型最优参数。通过对不同采样频率、不同注入电流幅值和不同电机运动速度条件下的系统辨识对比分析,获得最佳辨识模型。结果表明,当采样频率为1000 Hz,注入电流幅值为2.0 A和电机运动速度为50 mm?s-1时,获得最优辨识仿真输出匹配度为94.81%,平方差为7.84×10-4。     

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。     

基于动态矩阵的永磁同步直线电机速度控制

为了改善直线电机的动态响应性能,提高电机控制系统的鲁棒性,使电机稳定运行,基于预测控制理论,设计了适用于直线电机速度环控制的动态矩阵控制器,将传统的直线电机三闭环控制系统中的速度环PID控制器替换为动态矩阵控制器,并分别搭建基于PID速度控制器和动态矩阵速度控制器的永磁同步直线电机三闭环仿真模型,在此基础上给控制系统施加阶跃信号,并进行突加负载和突减负载的仿真,将2种控制器控制下的系统响应结果进行对比。仿真结果表明,当速度环采用动态矩阵控制后电机的响应速度更快,超调更小,使电机速度更快达到稳定。改进后的速度环控制器提高了直线电机控制系统的鲁棒性,改善了直线电机的动态响应性能,提高了控制系统的抗扰动能力,有利于电机在负载变化较大的情况下运行。     

永磁同步直线电机弱磁调速时的设计

从凸极率角度出发，对内部磁极结构电机提出了新的设计方法，为使电机的特性具有可比性，假设电机均运行于相同的基值点，并采取相同的控制策略，着重了研究凸极率（ld/lq)对电机最大可能速度，逆变器功能（VA）和电流控制特性的影响，所得结论对电机及其驱动系统的选择和有积极的参考指导作用。     

组合式永磁同步直线电机端部效应力研究

为了改善永磁同步直线电机的推力波动特性,针对其结构特点,提出了组合式永磁同步直线电机这一新型结构并介绍了组合式永磁同步直线电机的结构特点;以平板式短初级长次级永磁同步直线电机为例,用傅立叶级数方法对传统永磁同步直线电机和组合式永磁同步直线电机的端部效应力进行了分析,获取了最小化端部效应力的铁芯长度选取方法;利用有限元方法对两种电机的端部效应力解析结果进行仿真验证,用两种电机的原型样机实验平台进行了静磁阻力实验.仿真和实验结果表明,组合式永磁同步直线电机有效减小了端部效应力和静磁阻力,使电机的推力波动特性得到明显的改善.     

永磁同步直线电机混沌杂草自抗扰控制研究

针对永磁同步直线电机没有中间传动环节, 任何不确定性扰动都会直接影响控制系统性能的问题, 设计 了一种改进杂草算法优化的 PMLSM(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor)二阶自抗扰控制器。 通过采用 混沌反向学习初始化方法和柯西分布的空间分布方式改进杂草算法优化自抗扰控制器参数, 经过优化的自抗 扰控制器的控制其性能有明显提高。 仿真结果表明, 该自抗扰控制器响应速度快, 稳态误差减小 2% 且无超 调, 对负载扰动具有良好的鲁棒性。     

永磁同步直线电机空载反电势的分层有限元分析

在利用有限元分析永磁同步直线电机空载反电势波形时,二维方法不能反映磁钢的形状而三维方法又过于复杂费时.该文提出一种分层有限元分析方法,很好地克服了这种矛盾.将电机沿横向分层,对每层进行二维有限元分析,最后把每层结果相加得到总体结果.利用该方法计算了一台具有六边形磁钢形状的样机的空载反电势波形.结果表明,该方法与三维有限元分析相比可大大缩短分析时间,得到的波形与实验结果吻合较好.     

蚁群自寻优滑模控制在 永磁同步直线电机的应用

本文以永磁同步直线电机(PMLSM)为研究对象,提出了基于蚁群自动寻优滑模控制策略.滑模结构对系统适应性强,蚁群算法具备较强的自学习能力,可以实现参数的自动寻优,把两者结合起来,充分发挥各自的优势,提高控制性能.首先通过理论分析建立了永磁同步直线电机的仿真模型,并基于此模型进行了算法验证,通过验证得出该算法可以有效改善直线电机控制性能,提高了系统鲁棒性.然后在永磁同步直线电机样机上进行算法验证,结果表明,算法控制效果优良,在永磁同步直线电机上具有可行性.