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.     

分段式永磁直线同步电动机有限元分析

为了研究提升系统的分段式永磁直线同步电动机(PMLSM)的运行特性,首先建立了其稳态有限元分析模型,分析了不同动子位置时电机的磁场分布,计算了不同动子位置、不同电枢电流时电机的静态力-位移-电流特性,得到电磁参数随动子位移及电枢电流的变化曲线;然后建立了分段式PMLSM的时步有限元分析模型,对分段绕组两两并联供电方式下,起动过程的动态特性进行了计算,得到动态过程中电枢电流、感应电动势、电磁力、动子运行速度、位移等物理量随时间变化过程.经实验测试验证了分析结果的正确性.     

Adaptive enhanced sliding mode control for permanent magnet synchronous motor drives

An adaptive enhanced sliding mode control (AESMC) scheme for the position tracking control of permanent magnet synchronous motor drives is proposed in this paper. The AESMC system is composed of three controllers: the adaptive model compensation controller, which is used to compensate for the parameter perturbations to achieve perfect tracking; the hitting controller, which is considered to attenuate the effect of external load disturbance and the compensation error; and the robust feedback controller, which is used to enhance the stability of the closed‐loop system and to improve the transient performance while the AESMC is in the learning process. Moreover, the bound of the lumped disturbance is assumed to be unknown, and an adaptive mechanism is investigated to estimate this bound. Simulation results show that the proposed AESMC scheme has a favorable tracking performance in spite of various model uncertainties. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

永磁直线同步电机的双滑模观测器的设计

针对永磁同步直线驱动系统中存在双时间尺度特性,利用奇异摄动理论将永磁直线驱动系统分解成快变、慢变子系统,对快、慢变子系统分别设计了滑模位置观测器和滑模速度观测器。通过这两个观测器可以只利用便于测量的定子电流和电压来估计永磁直线同步电动机的磁极位置和线速度,消除了传统上使用位置和速度传感器所带来的诸多不利。仿真结果表明,所设计的双滑模观测器不仅能准确地估计磁极位置和线速度,实现无传感器控制,而且在系统模型存在不确定性和测量噪声时仍具有较好的鲁棒性。     

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。     

永磁直线同步电机无位置传感器动子位置辨识

为了获取无位置传感器伺服系统中永磁直线同步电机的动子位置和速度,采用基于磁链变化的动子位置检测方法,利用两次磁链中值代替传统滤波器来快速消除反电势纯积分造成的磁链漂移现象,并采用死区补偿算法解决低速状态下重构相电压与实际相电压差值较大的问题.以空心式永磁直线电机为研究对象,分析1 ～5 Hz运行时的动子位置估算误差,以及电机参数对动子位置估算结果的影响.通过实验测得当运行速度为3 Hz时动子位置估算结果的均方根误差为0.024 rad,误差较小.实验结果表明,基于磁链变化的动子位置估算方法能够获得永磁直线电机在低速运行时的动子位置信息.     

Adaptive and robust speed control of interior permanent magnet synchronous motor drives

This paper presents a robust speed controller for field oriented controlled interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives. The proposed controller is designed using integral variable structure control (IVSC) combined with linear quadratic regulator (LQR). The LQR scheme is used to decide the optimal feedback gain to shape the system dynamics by tuning the IVSC switching plane to guarantee the robustness of the control algorithm. The complete drive is implemented in real-time using digital signal processor (DSP) control board DS1102. The tracking properties and robustness of the proposed scheme are examined through both simulations and experimental work. It guarantees accurate control performance in the presence of parameter variations, step speed change and load disturbances. The performance of IPMSM drive system with a conventional proportional-integral (PI) controller is presented in comparison with the proposed controller. The results show a significant improvement in both the transient and steady state responses over the conventional PI controller.     

永磁直线同步电机的改进线性自抗扰控制

在永磁直线同步电机（PMLSM）的运动控制系统中,提出一种位置环的改进线性自抗扰控制（ILADRC）方法。相对于传统的线性自抗扰控制（LADRC）,ILADRC仅利用线性扩张状态观测器输出的位置估计信号,通过PD控制器计算初始控制量,避免了引入速度估计信号的滞后影响。对PMLSM运行过程中受到的总扰动通过线性扩张状态观测器进行实时估计,并在控制律中进行动态补偿。利用李雅普诺夫函数方法证明了闭环误差系统的渐近稳定性。通过系统辨识得到了PMLSM平台的传递函数模型,在MATLAB中进行了仿真分析,并搭建了基于dSPACE控制器的实验系统。实验结果表明,相比于PID和LADRC,ILADRC能够有效减小跟踪误差,降低超调,且具有更好的扰动抑制能力。     

圆筒永磁直线同步电机磁场和推力分析

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出一种基于圆柱坐标的标量磁位分离变量法的磁场解析计算方法,并利用该解析法对无槽电机的气隙磁场分布进行理论分析,得出气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果,并解析计算了电机的推力。利用有限元数值计算法对磁场和推力结果进行验证。结果表明,该电机气隙磁场的两种计算方法的结果误差很小,验证了标量磁位分离变量法解析计算气隙磁场及电磁推力的正确性和实用性。给出实验样机的径向磁场分布实验结果,磁密实测值与计算值一致,用负载传感器对电机额定负载的推力进行了实测,验证了样机分析和设计的正确性。     

永磁直线同步电机的智能增量滑模控制

针对永磁直线同步电机直接驱动伺服系统的位置跟踪精度易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响,提出了一种将小波神经网络(wavelet neural network,WNN)和增量滑模控制器相结合的智能增量滑模控制方法。利用系统先前的状态信息和控制动作作为反馈量,同时选择饱和函数作为切换函数来设计增量滑模控制器,不仅削弱了抖振,而且提高了系统的跟踪性能;利用WNN实时观测和补偿参数变化和外部扰动等影响,并采用改进的粒子群优化算法在线调整WNN的学习率,对不确定因素进行实时估计。从理论上分析证明了此控制器可以保证系统收敛,提高了直线伺服系统的控制性能。通过系统实验,证明了所提出方案的有效性,与滑模控制(sliding mode control,SMC)相比,系统具有强鲁棒性和良好的位置跟踪精度,明显地削弱了抖振现象。     

改进的永磁同步直线电机直接推力控制策略

针对传统直接推力控制策略的瞬态响应慢和稳态误差大的问题,提出基于线性二次调节器的永磁同步直线电机直接推力控制策略,建立新型的多输入输出的空间状态电机模型,以定子磁链和推力作为状态量,设计线性二次调节器来获得线性状态反馈控制律,并用来取代传统的定子磁链、推力PI调节模块.通过增广的电机空间状态模型达到减小稳态误差和推力波动的目的.通过MATLAB/Simulink仿真,其结果表明,改进的控制策略可以得到更快的动态响应,同时具有减少推力、磁链脉动的效果,所设计的控制系统达到更好的稳态特性和动态特性,具有良好的控制性能.     

空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制

提出一种基于空间电压矢量调制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制方法.基于表贴式永磁同步电机的数学模型,通过计算在一个控制周期内能同时精确补偿转矩误差和磁链误差的空间电压矢量,得出基于磁链与转矩的无差拍控制方法.相对于传统的永磁同步电机直接转矩控制方法,该方法能够明显减小磁链与转矩脉动,并且保持了传统直接转矩控制中转矩动态响应快的优点.不同于传统的永磁同步电机直接转矩控制方法,该方法由于使用了空间电压矢量调制,系统在不同工况下具有恒定的开关频率.仿真和实验结果验证了所提出方法的正确性和可行性.     

永磁直线同步电机解析分析及有限元验证

针对永磁直线同步电动机具有边端效应、气隙不均匀、气隙磁场分布复杂、永久磁极几何尺寸难以确定的问题,给出了单段永磁直线同步电动机气隙磁场的二维解析分析,讨论了电机的各主要尺寸参数对气隙磁场和性能的影响,提出了永久磁极的设计原则和计算公式,分析了考虑饱和影响、计及边端效应时分段式永磁直线同步电动机的非线性、不对称、变化的自...     

改进的线性自抗扰永磁同步电机转速控制器设计

基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection controller, LADRC)在永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)转速、电流复合控制中无法应对q轴电流突变和参数整定存在缺陷,提出一种改进的自抗扰控制器。首先,分析常规LADRC在转速、电流复合控制的设计方法,并对其核心参数进行剖析。其次,基于常规LADRC用最速控制综合函数(fhan)代替比例微分(the proportion of differential, PD)进行控制律设计,提高系统控制性能并优化参数配置方式;同时基于该函数特性,设计电流外环控制器,利用电流偏差反馈算法对q轴电流进行限幅控制,避免电流冲击过大损伤硬件。通过搭建实验平台测试,实验结果显示改进的LADRC能有效应对q轴电流冲击,同时具有与传统LADRC相当的抗扰能力,并且对扰动的瞬态响应时间缩短20 ms,表明改进的LADRC具有更高的安全性能和良好的抗扰能力。     

永磁直线同步电机自适应互补滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)易受非线性因素影响而降低伺服系统鲁棒性的问题,提出一种自适应互补滑模控制方法。永磁直线同步电机的非线性因素包括系统参数变化、电机端部效应及外部不确定性的扰动。互补滑模控制将积分滑模面与广义误差滑模面相结合,将系统状态轨迹限定在两个面的交线上,缩短了状态轨迹达到滑模面的时间,提高了位置跟踪精度。为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能,利用自适应控制对不确定扰动因素的上界进行估计,减小不确定因素对系统的影响,改善滑模控制的抖振现象。实验结果表明所提出的控制方法是有效可行的,自适应互补滑模控制不仅提高了系统的跟踪性能,而且更有效地抑制了不确定因素对控制系统的影响。     

Thrust ripple optimization and experiment for a permanent magnet linear synchronous motor

Thrust ripple such as end force, slot force and normal force are key factors that affect the properties of permanent magnet linear synchronous motors (PMLSM). According to different mechanics and analytical models, end force resulting from open magnetic circuit of PMLSM was greatly decreased by optimizing the length of the PMLSM mover. Slot force caused by slot effect was greatly reduced by using fraction slot structure, and normal force was calculated through the finite element method (FEM). After thrust ripple was calculated, its uniform formula was obtained through Fourier series nonlinear regression. An experimental system was set up to measure thrust ripple, and experiment results demonstrated that experimental force ripple was quite in line with that calculated by the fitting formula. The optimal theory and analysis method is effective, and the obtained formula can be utilized to compensate thrust ripple in practical applications and improve the motion performance of PMLSM. __________ Translated from Proceeding of the Chinese Society for Electrical Engineering, 2005, 25(12): 122–126 (in Chinese)     

误差补偿的永磁同步电机电流环解耦控制

针对矢量控制永磁同步电机电流环在动态调节过程中的相互耦合问题,提出一种基于电流误差的多项式交叉耦合补偿方案.以一阶延迟的电流环为目标,在经典的d轴和q轴电流反馈控制结构的基础上,设计基于电流误差的交叉耦合补偿控制器,采用误差零点的Taylor展开式进行纯积分补偿结构的逼近,减小电压饱和效应,得到多项式结构的补偿控制器,...     

永磁直线同步电机现代控制策略综述

永磁同步直线电机在高精度、高速率的工业生产中应用越来越广泛,但由其组成的伺服系统属非线性、多变量、多耦合系统。为了更加平稳准确地控制直线电机的伺服系统,以满足其在工业生产中的应用,论文根据永磁同步直线电机伺服系统的性质和应用特点,并结合国内外的相关文献,综述了一些现代控制策略在永磁同步直线电机伺服系统中的应用。系统针对不同的控制要求,应选择合适的控制策略,才能达到满意的控制效果。     

永磁同步直线电机的粒子群PID空间矢量控制

由于永磁同步直线电机(PMLSM)在运行过程中存在着参数变动和负载干扰等问题,因此传统PID控制器无法满足高精度伺服控制系统的要求。针对以上问题,提出一种基于粒子群参数全局寻优的在线自整定PID控制器,并通过MATLAB/Simulink对永磁同步直线电机和其空间矢量控制系统进行建模和仿真实验。仿真结果表明,采用粒子群优化算法的PID控制系统在指定速度1 m/s和加入200 N的负载时,比传统PID控制器具有更好的动态响应性能,能有效抑制推力波动而且对负载扰动具有很强的鲁棒性,其实验结果也证明了其可行性和有效性。