交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计开题报告

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1、交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计开题报告一、综述1、研究的意义直线电机技术是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要通过中间任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪音低、组合性强、维护方便等优点。旋转电机所有的品种，直线电机技术几乎都有相对应的品种。其应用范围正在不断扩大。在一些它能独特发挥作用的地方，取得了非常令人满意得效果。随着微电子、电力电子技术、永磁材料技术和驱动技术的发展，直线电机系统有了长足的进步，国外著名电器（气）公司相继推出并不断完善、更新各自的直线电机系统。其应用十分广泛，如

2、列车驱动、物料运送、机床工作、食品和轻工机械、自动绘图仪、液压金属泵、空气压缩机、电磁炮、家用电器以及半导体器件等。与国外发达国家相比，我国直线电机在技术上有很大的差距，在市场上有很大的潜力，[1]所以做这个题目有很大的实际意义。2、直线电机的发展历史及现状直线电机的发展主要经历了探索、实验、开发应用以及实用商品化四个阶段:探索阶段(1886一1929)19世纪末20世纪初，N.Tesla研究了一系列运动电磁场方面的技术，并开始了直线电机方面的研究工作。值得注意的是，在该阶段，部分研究者不仅从理论上研究了直线电机的

3、驱动原理，并且进行了各种应用方面的初步研究，但大多数以失败告终。如当时用直线电机来推动织布机上的梭子，或作为铁路列车的动力，均未获得成功。直到1915年，苏联的齐亚夫完成了最早的水银用电磁泵。把直线电机的原理性试验向前推进了一大步。实验阶段(1930一1940)在这个阶段，直线电机受到更多重视，一度出现了直线电机热。如1930年美国的Bachelet获得双边型直线电机专利;1931年德国Einstein等人获得直线电磁泵专利;1934年美国Hase完成直线电磁炮。在这个阶段即将结束时，美国西屋公司发生了著名的电动牵

4、引机(electropult)失败事件。失败的原因首先是其相关技术尚不完善，其次是没有能够充分掌握直线电机的特性。但是，西屋公司在实际应用方面的尝试给后人提供了宝贵的经验与教训。开发应用阶段(1945一1969)这一阶段可以说是直线电机的“文艺复兴时期”。控制技术和材料技术的快速发展加快了直线电机的开发应用。如日本基于直线电机的新干线技术的成功，使感应式直线电机开始应用在高速铁路上。1963年后，随着控制技术和材料性能的显著提高，出现了一些应用直线电机的实用机械。如1963年日本钟通先生成功研制双边型直线电机驱动转

5、台;1965年美国SkinnerPreci公司开始出售圆柱型直线电机;1968年开始出现直线步进电机，并应用在自动绘图仪上;还有MHD泵，磁头定位驱动装置，电唱机，缝纫机，空气压缩机，输送装置等等。实用商品化阶段(1970一至今)从1970年开始，直线电机终于进入了使用商品化时代。例如在核动力的发展过程中，需要抽吸钠钾混合物之类的液态金属，产生了作为输送和搅拌液态金属的直线电机电磁泵。随着超高速运输系统的发展，直线电机应用于磁浮列车，以及钢管输送机，运煤机，电动门，电动窗，电动编织机，起重机，空压机，冲压机，电梯等

6、。[2]3．直线电机的控制介绍永磁直线同步电机由于采用永磁体励磁，在有槽电机中会产生推力纹波、齿槽效应和端部效应。为了减小推力纹波，应使永磁同步直线电机的初级电流和空载反电势波形尽量接近正弦形。构造正弦波形气隙磁密或选择合适的次级磁铁形状及布置方式都能使初级反电势波形接近正弦波形。提高电机推力密度的同时如何减小齿槽力是永磁直线电机要解决的问题，研究表明通过优化永磁体极距宽度、采用磁钢斜排、增大气隙、采用无槽结构、优化铁心长度等措施可以减小或消除齿槽力，但某些措施的采用会造成其它性能的减弱。为了研究端部效应对电机性能

7、的影响，许多学者在建立直线电机数学模型时将端部效应的因素考虑进去，减小端部效应可以从结构（如加入补偿绕组、改变端部形状）和控制（端部效应补偿）两方面采取措施。基于上述控制芯片能够实现复杂的控制，目前直线电机伺服控制系统采用的控制策略分析如下：1．传统的控制策略在直线永磁交流伺服电机系统中存在着多个电磁变量和机械变量，在这些变量之间存在较强的耦合作用，为了提高控制效果，在交流伺服系统中通常要求实现矢量控制，矢量控制就是将三相电流矢量分解为两个独立的电流分量，以实现单独控制。一般是使磁场分量为零，使输出力与交轴电流具有

8、线性关系。电流矢量与速度反馈回路也有耦合作用，在动态过程中，可以采用解耦控制算法加以解决，使各变量间的耦合减小到最低限度，以使各变量都能得到单独的控制。2．现代控制方法随着科学技术的发展，对各种机械零件的加工精度要求愈来愈高，必须考虑控制对象参数乃至结构的变化、非线性的影响、运行环境的改变以及环境干扰等时变的不确定因素，才能得到满意的控制效果。在实际应用需求