永磁同步直線電機磁阻力分析及控制策略研究.pdf

1、永磁同步直線電機將電能直接轉(zhuǎn)換為直線運動，取消了傳統(tǒng)的從旋轉(zhuǎn)電機到工作臺之間的一切中間傳動環(huán)節(jié)，進給系統(tǒng)可以直接驅(qū)動負載，具有高速、高精的特性，因此直線電機正在成為高檔數(shù)控機床的主要功能部件，在高速高精數(shù)控系統(tǒng)、IC制芯和封裝設(shè)備、光刻機等眾多應(yīng)用場合具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，直線電機存在由端部效應(yīng)和齒槽效應(yīng)引起的磁阻力擾動、負載擾動、系統(tǒng)參數(shù)攝動等因素形成的推力波動，直接影響高精度數(shù)控加工系統(tǒng)的定位精度和低速時的速度平穩(wěn)性，成為影響直

2、線電機廣泛應(yīng)用于工業(yè)實踐的重要原因。本文以削弱推力波動對永磁同步直線電機性能的影響為核心問題，對推力波動產(chǎn)生的因素和計算方法進行了分析，提出了磁阻力的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式和推力波動的控制策略補償方案，并進行了相關(guān)的實驗研究。 首先從直線電機設(shè)計角度進行研究，針對推力波動的主要因素磁阻力，運用等效磁化電流法和Schwarz-Christoffel變換建立了直線電機電磁場分析的模型，利用麥克斯韋張量法對直線電機的磁阻力進行分析，證明磁阻力可

3、以依據(jù)其產(chǎn)生原因分解成由端部效應(yīng)產(chǎn)生的端部力和由齒槽效應(yīng)所產(chǎn)生的齒槽力，并根據(jù)這一分析結(jié)果分別建立相應(yīng)的有限元分析模型，對端部力和齒槽力分別進行數(shù)值計算，提出了降低端部力和齒槽力的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法。 其次，綜合運用電機控制理論和計算機仿真技術(shù)，分別對永磁同步直線電機的矢量控制原理、運動力學(xué)模型以及電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)進行分析，搭建了永磁同步直線電機伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。針對推力波動對于直線電機的速度控制精度和平穩(wěn)性影響較大