永磁直线同步电机推力波动约束

由齿槽力、边端力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)动态性能的主要因素。为了实现高速精密直接驱动系统,通过对PMLSM进行有限元分析建模,分析了齿槽力变化规律,利用傅里叶级数拟合得到齿槽力变化曲线;设计了齿槽力电流预测控制模型,对齿槽力引起的推力波动进行补偿;同时设计了扰动观测器对其他因素引起的推力波动进行补偿,进一步削弱了推力波动。最后,通过实验验证PMLSM推力波动补偿控制系统的有效性,补偿后电流和速度的波动都得到了很大改善,能够实现较高精度的直接驱动系统。     

基于复合磁性槽楔的PMLSM推力波动抑制

永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)存在齿槽力,影响电机的控制性能。 本文提出一 种基于软磁、硬磁材料混搭的新型复合磁性槽楔结构(composite magnetic slot wedge,CMSW),能有效抑制 PMLSM 推力波动。 首 先,分析了单一磁性槽楔的材料、尺寸和空间位置分布对 PMLSM 输出推力和推力波动的变化规律。 然后,研究新型复合磁性 槽楔的软磁、硬磁材料配比和位置分布,对电机输出推力、推力波动和齿槽力等电磁性能的影响。 以最大推力和推力波动最小 为优化目标,利用正交优化法对复合磁性槽楔的尺寸进行优化。 研究表明,采用新型复合磁性槽楔可有效降低推力波动和损 耗,推力波动降低 79. 4%,而平均推力基本不变,为 PMLSM 推力波动抑制提供新的技术途径。     

基于BP神经网络的直线电机推力波动抑制研究

永磁同步直线电机(PMSLM)的齿槽效应和端部效应所产生的定位力是引起推力波动的主要原因,而推力波动是影响其速度平稳性的重要因素之一,抑制由定位力引起的推力波动是伺服控制器设计中必须考虑的问题.此处建立了定位力数学模型,提出了一种基于BP神经网络的推力波动抑制策略.仿真和实验结果均表明该抑制策略的正确性及有效性.     

基于状态观测器的单相并网逆变器复合控制

针对光伏并网逆变器的特定次谐波抑制与控制延时补偿,提出了一种基于状态观测器的准比例谐振（Quasi-proportional Resonant, Quasi-PR）控制加重复控制（Repetitive Control, RC）的复合控制策略。其中,准PR控制器用于实现对并网电流基频分量的无静差控制,重复控制器用于抑制特定次谐波分量;同时,考虑到系统的控制延时,采用状态观测器进行延时估计,并基于状态观测器设计了合适的延时补偿环节;此外,针对LCL的谐振尖峰,进行基于电容电流反馈的有源阻尼。最后通过仿真与实验,验证所提复合控制策略的可行性与有效性。     

永磁同步直线电机推力波动的模糊预测抑制研究

针对永磁同步直线电机(PMLSM)由边端效应等引起的推力波动问题,运用预测函数控制理论(PFC),结合模糊控制算法,建立推力波动抑制补偿模型,设计基于PFC的模糊控制器,运用模糊控制规则及其参数自调整功能实现PMLSM推力波动的有效抑制。最后,通过仿真实验得出,此方法可推力波动抑制率达38. 6%,是一种可行的直线电机推力波动抑制策略。     

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。     

永磁直线同步电机推力波动优化及实验研究

由边端力、齿槽力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)运动性能的主要因素。通过优化电机动子长度方法降低边端力，采用分数槽结构方法降低齿槽效应引起的齿槽力，利用有限元方法计算PMLSM法向吸力，并采用傅立叶级数进行非线性回归分析，得到PMLSM推力波动统一公式。实验表明PMLSM进给单元推力波动实验值与理论值基本一致。证明了优化理论及分析方法的正确性。因此，在实际应用中，可利用得到的公式对推力波动进行补偿，提高永磁直线同步电机的运动性能。     

PMLSM直接推力控制系统研究

直接推力控制(DFC)是在直接转矩控制(DTC)的基础上发展起来的,以其结构简单、推力响应快、控制性能优越、鲁棒性好等特点,受到广泛关注.将直接推力控制引入永磁直线同步电机(PMLSM)的运行性能控制,提高系统的运行稳定性是一个具有研究价值的领域.在分析直接推力控制原理的基础上,结合所建立的PMLSM的数学模型,对DFC的推力控制和磁链控制进行研究.分析DFC的原理、系统构成,以及实现方法,利用Simulink进行系统建模,并对负载起动后减载、负载起动后加速两种PMLSM运行状态进行仿真.仿真结果验证了所搭建的控制系统模型的正确性和可行性,表明PMLSM直接推力控制具有良好的静、动态性能.     

基于V型三段磁极错位削弱永磁直线电机推力波动的方法

6槽7极单边平板型永磁同步直线电机(PMLSM)运行过程中会产生推力波动,导致机床加工精度变差.针对此问题,提出一种将磁极错位与V型磁极相结合的优化方法来改善其性能.首先采用许克变换法对端部磁场进行分析,得到由端部效应引起的总推力波动解析表达式,再对解析式中傅里叶系数进行分析,得出端部效应引起推力波动的主要谐波次数;然后通过对多种永磁体结构进行有限元仿真,由力特性得出采用V型三段错位磁极的方法,当两端磁极与中间磁极所产生的谐波相位互差90°时可有效削弱推力波动;最后根据此方法制作样机.有限元结果及样机实验验证了此方法的可行性,对单边平板型PMLSM优化设计有着重要的指导意义.     

基于Ⅴ型三段磁极错位削弱永磁直线电机推力波动的方法

6槽7极单边平板型永磁同步直线电机(PMLSM)运行过程中会产生推力波动,导致机床加工精度变差。针对此问题,提出一种将磁极错位与Ⅴ型磁极相结合的优化方法来改善其性能。首先采用许克变换法对端部磁场进行分析,得到由端部效应引起的总推力波动解析表达式,再对解析式中傅里叶系数进行分析,得出端部效应引起推力波动的主要谐波次数;然后通过对多种永磁体结构进行有限元仿真,由力特性得出采用Ⅴ型三段错位磁极的方法,当两端磁极与中间磁极所产生的谐波相位互差90°时可有效削弱推力波动;最后根据此方法制作样机。有限元结果及样机实验验证了此方法的可行性,对单边平板型PMLSM优化设计有着重要的指导意义。     

双惯量弹性系统负载扰动观测器设计研究

在伺服系统中高刚度控制可以有效抑制负载变化造成的动态干扰现象。状态观测器基于电机模型可以准确快速地为抗干扰控制提供负载信息,进一步加强了系统的抗干扰能力。但较强的抗干扰能力会在传动装置刚度有限的情况下引发机械谐振。针对此问题,着重研究了双惯量抗谐振与抗干扰存在的矛盾,在保持系统抗干扰能力不变的基础上,提出一种基于分数阶状态负反馈观测器控制策略来抑制谐振所造成的速度波动,增强系统的抗谐振能力。分数阶滤波器最大程度上拓展了滤波器的选择范围,同时协调了观测器的鲁棒性和抗谐振能力。将负载状态观测正反馈控制与基于分数阶滤波器的状态负反馈观测器控制相结合,同时实现抑制谐振和增强系统抗干扰能力,并通过实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于周期学习扰动观测器的永磁直线同步电机伺服系统控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统执行重复性运动任务时存在周期性扰动的问题,提出了一种新型周期学习扰动观测器(PLDOB)来削弱这些扰动。首先,建立了含有不确定性的PMLSM动态模型,利用扰动观测器(DOB)来估计包括参数变化、未建模动态、摩擦力和推力波动在内的扰动。然后,通过周期学习律来校正每个周期内的扰动。此控制方案无需扰动的数学模型以及模型参数的控制律,直接从扰动的角度设计,并且还可以对DOB中Q-滤波器带宽以外的扰动进行补偿。最后,通过实验验证了该方案是有效可行的,明显提高了系统的跟踪性能和抗扰性能。     

基于神经网络的永磁直线同步电动机推力波动补偿的仿真研究

通过分析永磁直线同步电动机推力波动机理(PMLSM)，指出引起PMLSM的推力波动的主要原因，并提出了在系统控制指令中叠加补偿指令的推力波动抑制方法。本文运用BP神经网络，建立了波动力估计模型，实现了波动推力补偿指令的计算。仿真结果表明该方案能有效地抑制PMLSM推力波动对系统的影响，具有很强的鲁棒性。     

基于谐波抑制和扰动观测器的磁通切换永磁直线电机联合控制方法

为解决磁通切换永磁直线(LFSPM)电机驱动系统推力波动较大的问题,研究其定动子双凸极结构引起的与位移相关的定位力以及参数摄动、外部扰动等非线性因素对电机运行稳定性的影响,提出了一种将谐波抑制算法和扰动观测器相结合的联合控制策略。首先,在分析磁通切换永磁直线电机定位力的基础上,通过注入谐波电流产生的电磁推力抵消定位力的主要谐波分量,从而实现对定位力的补偿;同时将参数摄动引起的电机模型误差和外部干扰视为系统扰动,利用扰动观测器对其进行观测,并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响,在保证对系统扰动有较强鲁棒性的同时,提高系统的动态性能。最后,搭建了基于AD5435半实物装置的实验平台,并通过实验研究验证了所提控制算法的可行性和有效性。     

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.     

段间移相90°两单元永磁直线同步电机的建模与控制器设计

针对高精度数控机床用永磁直线同步电机(PMLSM)端部效应引起的推力波动问题,提出了两单元电机段间移相优化设计的思想。通过两单元移相90°形成的四个端部磁导进行相位调节,使磁导端部效应引起的推力波动中的二次谐波成分互相抵消,有效地削弱了端部效应力。为了进一步减小推力波动,在建立这种新型电机数学模型的基础上,对电机进行了自抗扰控制器设计,将端部效应力视为扰动,对其进行观测和补偿。仿真结果表明,采用自抗扰控制器的伺服系统有较好的动态性能及较强的抗干扰性、鲁棒性,较好地抑制了推力波动的影响。     

永磁直线同步电机ADRC控制系统

纹波推力扰动、负载扰动、摩擦力扰动和其他不确定性扰动严重影响永磁直线同步电机(PMLSM)控制系统的性能,对控制系统的抗干扰能力提出了更高的要求。本文采用自抗扰控制(ADRC)方法,利用扩张状态观测器估计所有未知扰动作用量并给予实时动态补偿,从而抑制未知扰动实现"自抗扰"控制,同时估计出速度及其微分;跟踪微分器给出了一种计算微分的有效方法,并根据PMLSM的承受能力安排速度指令过渡过程;采用更合适的非线性PD误差反馈率计算控制量。利用基于Matlab/Simulink的xPC Target构建控制系统实验平台,实验结果表明,采用ADRC的PMLSM控制系统具有很强的抗扰性和静动态特性。     

考虑悬浮系统影响的高速磁悬浮列车牵引控制策略

常导电磁式高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,电机的励磁磁极同时也是悬浮电磁铁,车辆的牵引力和悬浮力存在严重的非线性耦合关系,运行过程中悬浮系统的调节会对牵引系统造成影响,引起牵引力波动。该文建立考虑悬浮系统影响的长定子直线同步电机数学模型,针对牵引力波动问题,提出一种基于磁链观测的控制策略,该策略基于扩展反电动势法来观测磁链,通过将磁链参数应用于速度环和电流环,在线调整定子q轴电流从而抑制由悬浮系统引起的低频牵引力波动。但该策略在低速时磁链观测存在误差、性能受限,在此基础上提出结合自抗扰和磁链观测的复合控制策略,通过扩张状态观测器补偿磁链观测误差以及其余扰动。硬件在环实验结果表明,该控制策略有效地抑制了悬浮系统影响造成的牵引力波动,提高了磁悬浮列车的抗负载扰动能力和系统动态性能。     

永磁直线同步电机推力脉动削弱方法综述

对永磁直线同步电机(PMLSM)的推力脉动削弱方法进行了原理介绍和特点分析。针对边端效应力、齿槽力和电磁脉动力,归纳和总结了其对应的推力脉动削弱方法,并对其控制方式进行了概括。最后讨论了PMLSM推力脉动削弱方法的发展趋势。所做研究有助于促进PMLSM性能的提高和应用领域的扩大。     

梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计

针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形Halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对Halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在Halbach交替极、双层Halbach磁极与梯形Halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明：梯形Halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形Halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。