Halbach型平面电动机的直线电动机执行器研究

Halbach型平面电动机的电磁执行器由四组直线电动机构成.文章首先介绍了平面电动机和直线电动机执行器样机的结构,提出了执行器的电磁设计方案.然后引入了执行器的解耦电磁力模型,并提出了电磁力的电流控制策略,最后进行了执行器的电流控制和开环定位实验,实验结果表明执行器电磁力的电流控制策略可行,电磁力模型较准确.     

感应型磁悬浮电动机的解耦控制

对双定子绕组感应型磁悬浮电动机进行了研究。针对系统具有多变量、强耦合、非线性的特点 ,应用多变量非线性控制的逆系统理论 ,通过状态反馈线性化方法 ,设计出非线性控制器 ,经过该非线性控制器的补偿 ,将原非线性强耦合的多变量系统解耦并线性化 ,成为转速、转子磁链及转子位置等彼此无耦合的线性子系统。最后 ,应用线性系统理论对这些线性子系统进行综合。计算机仿真表明 ,系统具有良好的静、动态性能。     

Halbach阵列磁悬浮系统稳定性分析与控制

针对一类磁悬浮系统,研究其稳定性与控制问题。首先建立磁悬浮系统的动力学方程,并在考虑系统的非线性特性的前提下,应用解析和仿真方法对其进行稳定性分析。其次,为了改善系统性能,实现对系统的控制,提出一种基于微分几何的反馈线性化的控制方法对系统进行精确线性化,并对线性化系统进行极点配置。最后,对控制系统进行仿真。对系统的稳定性分析表明,在忽略阻尼的条件下,系统平衡点呈现临界稳定状态。而对控制系统的仿真表明,反馈线性化结合极点配置方法能够实现对系统的有效控制。     

线切割平面线圈Halbach永磁直线电动机电磁分析

磁悬浮永磁直线电动机定子线圈的平面精度是影响直线电动机平稳驱动的重要因素。采用线切割形式的平面线圈,可极大改善直线电动机定子线圈的平面度,从而改善了直线电动机在垂直方向上的精度及控制稳定性。对平面线圈进行了结构设计,对凸形Halbach永磁直线电动机进行电磁力分析,并利用有限元仿真软件对线圈的磁场与直线电动机分布进行了仿真,验证了该平面线圈作为磁悬浮永磁直线电动机定子的可行性。     

圆筒型Halbach次级结构磁悬浮重力补偿器

提出一种结构新颖的圆筒型磁悬浮重力补偿器,次级采用Halbach永磁结构,具有悬浮力大、法向刚度低等特点。介绍了圆筒型磁悬浮重力补偿器的结构,建立圆筒型磁悬浮重力补偿器的数学模型,利用等效电流法对气隙磁场进行解析,推导出静态悬浮力、动态悬浮力及法向刚度的数学表达式。利用有限元法对圆筒型磁悬浮重力补偿器的静态特性进行仿真分析,阐述低刚度被动磁悬浮中的特殊问题。最后研制一台样机,通过实验测试验证了所提出圆筒型磁悬浮重力补偿器的可行性。     

永磁同步直线电动机电流控制方法

电流环的设计是永磁同步直线电动机(PMSLM)控制系统中非常重要的一个环节,所有的控制策略最终实质上都是对逆变器输出电流的控制,分别采用PI电流控制、滞环电流控制以及预测电流控制,三种电流闭环控制方法,实现了对永磁同步直线电动机的电流闭环控制,并分析了三种电流控制方法的优缺点。针对预测电流控制中存在的时延及参数扰动问题,引入三阶超螺旋滑模观测器实现对扰动的观测与补偿,从而提高了预测电流控制的鲁棒性。实验结果证明,预测电流控制方法能够兼顾系统的精度以及带宽要求,相较于前两者具有较好的控制特性。     

基于Halbach阵列的斥力型磁悬浮模型有限元分析

针对传统斥力型磁悬浮系统永磁部分磁密利用率低、悬浮高度不高、悬浮力小等问题,引入Halbach永磁阵列,对传统模型进行改进,其主要思想是在不改变模型材料与尺寸的前提下,将传统模型底部主磁环设计为Halbach阵列,利用Halbach阵列单边磁场的特点,提高底部主磁环的磁场利用率。分析结果表明,Halbach斥力型磁悬浮模型的磁场分布强度比传统模型大将近2倍;对于相同的悬浮高度,Halbach阵列结构模型的悬浮力明显高于传统模型,悬浮高度越低,二者的差异越大;对于同样重量的悬浮物,Halbach阵列结构可以获得更大的悬浮气隙。研究结果为斥力型磁悬浮模型的结构尺寸优化和悬浮控制提供依据。     

Halbach永磁平面阵列制造方法的研究

提出了一种利用模具来制造Halbach永磁平面阵列的方法。在研究了永磁平面阵列特点的基础上,对磁体前处理、模具设计、胶水选择、加工工艺等多个方面展开了讨论,提出了一种阵列的通用制造方法。通过实验证明了该方法的正确性和有效性。     

Halbach圆筒型永磁直线电动机的性能分析

建立Halbach充磁方式的圆筒型永磁直线电动机二维有限元分析模型,分别分析了它的空载磁场分布、气隙磁感应强度、空载和负载感应电动势等参数。用实验验证了该分析方法的正确性。     

无刷直流电动机电流控制方法研究

分析了无刷直流电动机在快速正/反转机电作动系统中的几种电流控制方法,指出了它们的优缺点.试验表明,采用斩波频率稳定的两态电流控制,可获得比较优良的电流控制特性.     

磁悬浮电动机的状态反馈线性化控制

借助电磁场的有限元计算建立了磁悬浮电动机的数学模型,针对系统具有多变量、强耦合、非线性的特点,应用多变量非线性控制的状态反馈线性化方法,设计出非线性控制器,经过该控制器的补偿,将原非线性强耦合的多变量系统解耦并线性化,成为转速、转子磁链及转子位置等彼此无耦合的线性子系统。应用线性系统理论对这些线性子系统进行综合。仿真表明,系统具有良好的静、动态性能。应用高磁场稀土钕铁硼永磁铁推力轴承,实现转子的轴向稳定。     

磁悬浮转子电动机

一般电动机和发电机的转子都是由轴承支承的,而轴承本身要经常润滑,且寿命有限和转速有一定限制。为了克服这些缺点,美国国家宇航局Goddard宇宙飞行中心提出一种磁悬浮转子电动机,使磁通起着和轴承一样的作用,这不但能降低功率损耗和消除磨损,并能缩小电机尺寸和减轻重量。这种电机的结构如图所示。定予中有四个磁极两两相互垂直,电枢是带槽的环形铁     

圆筒型永磁直线电动机电流L2控制

将圆筒型永磁直线电动机的参数变化看作系统的干扰,采用状态空间法,在旋转坐标系下建立圆筒型永磁直线电动机模型;根据所建立的模型,将永磁直线电动机电流控制器的设计问题转化为L2控制标准问题;对L2控制标准设计问题,选取二次型函数作为HJI不等式存储函数,采用线性矩阵不等式方法,推导出了电流控制器的解析表达式,并且证明了该闭环系统是渐进稳定的。通过一个L2控制器,实现了对d轴和q轴电流的控制。仿真研究表明,L2控制策略能够抑制圆筒型永磁直线电动机参数变化对电流的影响。     

磁悬浮长定子直线同步电动机励磁电流变化分析

利用有限元分析软件Ansys建立了磁悬浮列车用长定子同步直线电机的分析模型;通过对电磁场力的计算,分析了电磁悬浮力及牵引力随内功率因数角的变化规律,给出了为保证气隙高度恒定不变时励磁电流的调节范围.     

永磁同步电动机最大转矩电流比控制方法

对永磁同步电动机的最大转矩电流比控制方法进行了研究。根据永磁同步电动机在d-q坐标下的基本方程,用极值原理建立了d,q轴电流与转矩的多阶方程,推导出d,q轴电流与转矩的表达式;实现了最大转矩电流比控制方法。并与I_d=0控制方法进行了比较分析,得出最大转矩电流比控制方法可以提高电机的效率、降低损耗、获得更好的动态性能。     

磁悬浮电动机刚性转子径向位置的控制

以双磁悬浮电动机4自由度刚性转子系统为对象,研究了磁悬浮系统转子径向位置的控制.对于双磁悬浮电动机系统,两端的磁悬浮电动机所产生的电磁力,除了可以作用在本端, 还会影响到另一端,同时,转子的陀螺效应又进一步增加了系统的复杂程度.因此必须对4个径向位置进行控制.首先根据转子的动力学方程,建立起磁悬浮系统的状态空间方程;然后,采用输入向量补偿和基于二次型最优的状态反馈方法, 构造出磁悬浮系统的控制算法,实现4自由度径向位置的控制.通过仿真研究,进一步验证了控制策略的有效性.     

磁悬浮人工心脏泵驱动电动机及控制研究

介绍了一种可用于人工心脏泵的爪极永磁步进电动机的结构与设计方法.电动机采用AT89S51单片机输出三种波形(方波、正弦波、梯形波)作为驱动激励信号,改变驱动激励信号的频率可以改变该人工心脏泵转子的转速,即可达到调节和控制血液输出的流量及压力.人工心脏泵的结构既适用于离心式人工心脏泵,也适用于轴流式人工心脏泵,可满足生命医学工程领域中的相关实验要求.在无接触的磁悬浮支承下,电动机可以使人工心脏泵获得更优越的性能.     

盘式永磁电动机电流优化控制

盘式永磁电动机低速力矩大,具有直接驱动负载的能力,但要满足高精度伺服系统的要求,必须有效地降低盘式永磁电动机的转矩波动。文中提出一种基于瞬时功率法的盘式永磁电动机电流优化控制策略,可以显著减小盘式永磁电动机转矩波动,而且效率高。计算机仿真研究和实验结果证明,提出的控制策略是可行的。     

一种动圈式磁悬浮永磁平面电机实时电流分配策略

研究永磁平面电机三相线圈在Halbach型永磁阵列中所受推力/转矩的数学模型,针对磁悬浮平面电机具有6个运动自由度的特点,提出了产生悬浮力和水平推力的实时电流控制策略。该策略根据期望的悬浮力和水平推力可以方便地确定线圈阵列中各线圈中的电流,避免了矩阵求逆运算,运算简单、便捷,可以满足运动控制实时性需要,而且每个单元中三相线圈电流之和等于0,从而简化了驱动电路,减低了硬件成本。在此基础上,分别对悬浮力和水平推力电流分配方式进行了有限元仿真,仿真结果验证了电流分配策略的正确性。