基于SVPWM的开绕组直线游标永磁电机直接推力控制研究

开绕组直线游标永磁（LVPM）电机具有直流电压利用率高和推力密度大等优点,并且其建设和维护成本低,适用于城市轨道交通的建设。但采用传统直接推力控制时,电机的推力和磁链脉动大,功率单元开关频率不稳定。针对以上问题,分析了LVPM电机的数学模型,研究了基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的直接推力控制策略,提出了一种目标矢量解耦控制策略,并搭建仿真平台。仿真的结果验证了所提出方法的正确性。     

直线永磁游标电机的开绕组单位功率因数直接推力控制

直线永磁游标(linear permanent-magnet vernier,LPMV)电机兼具高效率、低成本、高推力密度等优点,适合于长行程应用领域。但是,该类电机功率因数较低。该文提出一种基于飞跨电容的开绕组LPMV电机单位功率因数直接推力控制策略。建立单位功率因数调制策略,解耦电机所需功率流,降低电源逆变器无功压力使之单位功率因数运行。同时,推导矢量调制型直接推力控制策略,固定开关频率,降低推力脉动。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的可行性和有效性。     

直线游标永磁电机的开绕组容错控制

直线游标永磁(LVPM)电机是一种新型的初级永磁型直线电机,适合于长行程应用领域。在分析了该电机的结构特点和工作原理的基础上,推导并建立了电机的数学模型。针对LVPM电机开绕组驱动系统开关器件故障,提出一种改进空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)容错重构控制策略,将容错后空间电压利用率提高到正常状态时的75%。该容错策略是通过切断电机端口和故障开关管之间的连接,将电机端口连接至电源中点,通过剩余的开关管对电压矢量进行重构,并利用容错后的空间电压矢量进行SVPWM控制。仿真结果验证了该容错控制策略能够实现LVPM电机开关器件发生故障时的容错运行。     

开绕组直线游标永磁电机的矢量控制研究

直线游标永磁(linear vernier permanent-magnet, LVPM)电机具有高功率密度和高推力密度的优点,并且其制造成本和维护成本低,非常适用于城市轨道交通。但采用传统的单逆变器驱动LVPM电机时,直流侧母线电压的利用率偏低。本文通过分析LVPM电机的数学模型,研究了开绕组LVPM电机的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)策略,提出了一种目标矢量解耦控制策略,并搭建仿真平台进行了验证。仿真结果验证了上述方法的正确性。     

初级绕组分段永磁直线电机段间推力优化控制

为克服初级绕组分段永磁同步直线电机(PWS-PMLSM)动子在定子段间运行中存在的推力波动,提高电机的动态响应能力,结合双逆变器交替供电模式提出了一种复合控制方法。利用有限元方法分析了动子出入定子段过程中各定子电磁参数的变化规律,从而建立了PWS-PMLSM的数学模型。依据电机模型,分析了段间推力波动产生的机理,提出了定子段间电流同步跟踪策略来减小各段间电流差异,但此方法依赖于极高的电流响应速度,因此又结合改进的PWM预测控制方法来提高电流调节速度,实现段间电流同步控制。段间电流同步跟踪结合改进PWM电流预测控制方法可以有效抑制PWS-PMLSM段间推力波动,提高系统动态性能。对所提算法进行了仿真和实验验证,并取得了良好的效果。     

环形和分布绕组永磁游标直线电机性能对比分析

针对分布绕组永磁游标直线电机端部重叠导致端部过长、质量过重、电机效率过低的问题,提出一种环形绕组永磁游标直线电机。首先,介绍了永磁游标直线电机的工作原理和基本结构;然后,基于有限元分析,将环形绕组永磁游标直线电机的平均推力、推重比、效率、功率因数等性能与分布绕组永磁游标直线电机进行比较;结果表明,相较于分布绕组,环形绕组永磁游标电机的绕组长度缩短了18.7%,端部漏抗降低了41.5%、推重比提高了19%,电机效率提高了4.2%,同时减少了电机铜耗与体积,更具有工程应用价值。     

直线游标永磁电机反步滑模控制研究

将反步控制方法和滑模方法相结合,提出一种反步滑模控制算法,应用于直线游标永磁电机位置跟踪控制。针对系统内部的参数变化及外部负载扰动等未知因素,采用神经网络最小参数学习算法逼近系统未知项。仿真结果表明,相对于普通控制算法,反步滑模控制算法使系统位置跟踪精确,提高了系统的鲁棒性和动态性能。     

初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较

初级永磁型游标直线(LPPMV)电机具有低速、大推力输出特性,特别适用于直线直驱系统。设计合理的绕组连接方式可有效改善电机性能。首先根据电机的运行原理,针对一台6/2极LPPMV电机提出了4种不同的绕组连接方式;其次通过有限元法,比较了LPPMV电机在不同绕组连接方式下的特性,包括空载感应电动势、电感,并在相同铜耗条件下计算了绕组的总质量、电枢电流、推力、铁心磁通密度以及铁耗等,以此得到了不同绕组连接方式下电机的运行效率;最后折中选择了一种绕组连接方式,制造了样机,并通过实验验证了电机的性能。     

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。     

单绕组五相永磁无轴承电机的SVPWM控制

针对单绕组五相永磁型无轴承电机,利用多相电机多控制自由度,在转矩平面(d1-q1)和悬浮平面(d2-q2)内选取了合适的电压矢量,根据在两个平面内实时的反馈,按照给出的SVPWM算法和电压矢量的选择方式,可以唯一确定五相逆变器各个功率元件在该周期内的导通时间.区别于传统多相电机利用谐波平面空间电压矢量来实现改善磁场,提...     

基于神经网络推力观测器的永磁直线电机滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统易受到负载扰动、参数变化和推力波动的问题,为确保在较宽的速度范围内实现更为精确的速度控制,采用基于神经网络推力观测器的滑模控制取代常规的PI控制,滑模变结构控制律采用等效控制法,加上负载扰动前馈补偿项,而扰动补偿则是通过线性推力观测器并联一个神经网络观测器相加而得.实验和仿真结果表明,此方法较常规PI控制提高了跟踪性能,增强了伺服系统对参数摄动和外在扰动的稳健性.     

基于永磁直线电机的SVPWM滞环电流整流控制

针对三相永磁直线电机动子位移以正弦规律变化时,其感应反电动势波形呈现变幅和变频的特性,提出将滞环空间矢量脉宽调制(SVPWM)电流控制应用于该整流方式。推导了三相永磁直线电机的反电动势表达式,建立三相电压源型整流器(VSR)的数学模型,详细论述了滞环SVPWM电流控制的实现方式。在Matlab/Simulink下搭建了相应仿真模型,验证了该控制方式的可行性,为直线发电机的PWM整流控制提供新思路     

五相永磁直线电机开路容错直接推力控制

五相永磁直线电机(permanent-magnetlinearmotor,PMLM)具有推力密度大、可靠性高等优点。为了抑制PMLM一相开路故障导致的推力脉动,并提高其开路故障状态下的稳态和动态性能,该文提出一种新型容错直接推力控制(fault-tolerant direct thrust force control,FT-DTFC)策略。在两相静止坐标系中提出虚拟定子磁链,实现故障前后相同的定子磁链与电流轨迹圆。在此基础上,推导补偿电压,结合基于容错电流推导出的降阶正交变换矩阵,解决相开路故障导致电机模型不对称的问题,以建立故障PMLM的对称模型。构建磁链和推力观测器,采用载波脉宽调制技术实现开路故障状态下的直接推力控制。实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

永磁同步直线电机电磁推力的分析

分析了端部效应对永磁同步直线电机电枢磁链的影响，推导了电流矢量控制时永磁同步直线电机的电磁推力。通过直线电机和旋转电机的实验数据比较，证明理论分析是正确的。     

永磁同步直线电机基于推力观测器的模糊滑模控制

针对永磁同步直线电机伺服驱动系统,提出了一种基于推力观测器的模糊滑模变结构控制方案。在常规的滑模控制中引入推力观测器和模糊控制,在不影响滑模控制系统的完全鲁棒性的情况下,有效地对推力扰动进行补偿并削弱滑模切换控制所产生的抖振。仿真结果表明,该方案能有效消除推力波动,提高系统对外在时变扰动的鲁棒性,并使抖振现象得到明显抑制;系统能够获得良好的动、静态性能。     

考虑边端效应的双边直线永磁游标电机 模型预测电流控制

提出一种考虑双边直线永磁游标(DSLVPM)电机边端效应的两矢量模型预测电流控制。有限控制集模型预测控制在电机驱动领域具有许多优点,但传统实现方式的矢量选择范围较小。两矢量模型预测控制在一个控制周期内同时作用两个任意电压矢量,扩大电压矢量选择范围,可以提高电流控制性能。由于直线电机存在边端效应,绕组互感的差异造成等效d、q轴电感随着电机位置而波动,并且参数失配会造成模型预测控制性能下降。针对这一问题,使用遗忘因子递归最小二乘算法在线辨识电机的等效d、q轴电感,补偿边端效应的影响,从而进一步改善两矢量模型预测电流控制的性能。基于dSPACE快速控制原型系统构建了DSLVPM电机的实验平台,并通过实验验证了该文所提算法的有效性。     

基于等效滑模的开绕组永磁直线电机控制研究

开绕组结构能给直线电机系统提供更多的电平,可以提高电机绕组端电压和功率,是提升直线电机推力性能的有效方法。文中以初级永磁型直线（Primary Permanent Magnet Linear, PPML）电机为研究对象,分析了PPML电机的数学模型,设计了PPML电机的双逆变器开绕组拓扑结构;针对传统PI控制的不足和滑模控制中存在的抖振,提出以电机的速度和位移为控制量,把电机系统分解为等效控制和切换控制,设计了等效控制器和切换控制律,增加补偿控制量改进等效滑模控制,抑制滑模抖振,仿真和实验结果证明,与传统方法相比,该方法能减小电流波动和推力脉振,提高了PPML电机的控制性能。     

基于自适应变结构永磁直线电机直接推力速度控制

针对永磁直线电机参数变化和外部扰动对伺服性能的影响,提出自适应变结构直接推力速度控制设计方法.由推力、磁链误差的积分函数建立滑模面,实际应用中存在的参数变化及负载扰动等不确定因素由自适应率修正.经分析验证,与经典直接推力控制相比,自适应变结构直接推力速度控制算法明显减少了由于系统参数变化和外部扰动引起的速度的推力脉动,能快速准确地跟踪给定指令,在保证系统稳定情况下增强了鲁棒性.     

圆筒型永磁同步直线电机绕组分析

设计了圆筒型永磁同步直线电机的三种绕组模型,确定其极槽配合形式,分析了极槽配合原理及三种绕组模型各自特点.通过有限元仿真的方法得到气隙磁密及相关量,得出各绕组模型的优缺点.确定了模块化绕组模型为最佳方案.     

基于电流解析计算的永磁磁阻直线电机推力稳定控制

永磁磁阻直线电机（PMRLM）能实现永磁和电流的双励磁,具有推力密度大和磁场可调的优点,并且其结构简单可靠,适用于各种大型装配工厂和物流分拣中心。但由于双凸极结构和永磁磁链谐波的存在,电机的磁链和推力脉动很大。针对上述问题,建立了PMRLM的数学模型,研究了基于电流解析计算的推力稳定控制,提出了一种能通过给定推力快速计算控制电流的策略,并搭建仿真平台。仿真结果证明了所提方法的有效性和鲁棒性。