基于状态误差永磁同步直线电机无源控制策略研究

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1、基于状态误差永磁同步直线电机无源控制策略研究第1章绪论1.1课题背景和意义很多工业应用领域中，被控制对象的运动通常是直线运动。人们长期以来采用交流旋转电机通过中间转换传动装置（比如链条、钢丝绳、传送带、齿条或丝杠等机构）转换为直线的运动。由于这一类设备在系统中有中间转换运动的传动机构，所以具有很多的弊端，比如所占的空间大、比较小的效率、比较低的精度等。直线电机其运动方式是直线形式的，直线电机应用最多的是电动机，它将电网的能量径直转变为做直线运行的机械运动，但是不用使用齿轮箱、连杆等中间变换设备[1]。直线电机

2、具有较快的速度、构造不复杂和稳定的工作性能、良好的灵敏度、且制作成本低等特点。可是因为直线电机自己的缺陷及在原理和技术上的不完善，以及控制直线电机系统的原理研究不到位，一直制约着直线电机在工农业的应用。自从二十世纪五十年代以来由于在电工领域中出现崭新的原理、方法、技术，使直线电机拥有的优势越加明显，并且引起广大专家、学者、工程师、企业及用户的重视。目前直线电机已经初步的代替以前应用交流旋转的电机加中间转变的传动设施来形成直线运行的系统,所以直线电机在实际的使用中也显得越加受欢迎[2]。目前直线电机在数控加工机

3、床、大型航空母舰的飞机起飞推进器、火箭推动设备、电磁炮、各种交通推动系统及垂直提升装置等都有应用[3]。根据大家都知道的理论，电机是把机械能和电能相互转换的设备，但都是靠一定的介质磁场来实现。而磁场生成的方法主要有下面两种：(1)依据电场产生磁场的基本理论，在电机的绕线中通上电流；(2)依靠永磁材料本身所具有的基本特性磁化后可以在四周产生平稳的磁场。所以，假如根据磁场是如何生成的来归类，可把电动机归为电励磁方式的电动机和永磁材料制成的电动机两种。在19世纪早些年间在世界范围内出现的首台电机是使用永磁材料来制作

4、的电机，但是因为那时应用的永磁材料都是磁能密度很低的自然未加工处理过的磁铁矿石，所以天然的磁石所做的电机占的空间很大，因而随后就被电励磁式电机代替[4,5]，而且在这之后很长的时期内，电励磁式电机一直都在市场上占着主要地位。..........1.2直线电机的国内外研究现状在这116年期间直线电机的发展处于摸索阶段，直线电机的历程从没有到有，经历了空想到在实验室试验再到部分实验性质的应用过程，其经受了一系列的探究，多次不成功的历程。一直到1905年左右，才有专家学者提出建设性的意见就是把火车的动力设备换成直线

5、电机，其中的一个方案就是将直线电机的初级安装在轨道上，另一个方案就是把直线电机的初级安放在车辆的底部。设想很好，可是直线电机在售价上和可使用程度方面尚没有很高的市场竞争力，加上控制技术跟不上，所以不能实际应用。但直线电机在直线牵引领域一直对科研人员具有很大的吸引力。随后人们对直线电机不间断的研究，其构造性能也发生了很大变化，1917年生产出了第一台圆筒形式的直线电机当时人们提议将其作为导弹的弹射设备，但是仅限于模具阶段。1923年科研人员试图将扁平型的直线电机应用于不间断运营的站台中并准备将其铺设在大街上，虽

6、然建设了实验性质的轨道但是结果还是失败了。自1840年到1930年九十年间，专家学者吸取以前经验，花费大量的精力在直线电机的各种理论及各类想像出来的方案给以证实并实验，也就是做成试验样机来验证，从1930年到1940年间，直线电机的研究到了试验样机的时期，在这百十年中，专家学者实验样机的运行中积累了大量的经验，人们对现有的电机知识加深了了解并且推动了电机理论的向前发展，也促进了广大用户对直线电机的了解极大的推动了直线电机应用到日常的生产中。1945年，美国的西屋电气集团公司率先生产出来使用直线电机做的弹射飞机

7、的弹射器，这个案例把直线电机再次引入到大众的视野并再次引起人们对其浓厚的兴趣和关注。从此以后，把直线电机应用到高速运行的列车中作为列车的驱动设备的想法也吸引广大专业学者来实验验证。可是在那个时期因为材料和制造技术的限制直线电机在市场价格和现场适应性方面比不过旋转的电机，因此在实际的应用当中人们使用最多的还是旋转电机直线电机基本没有使用。...........第2章永磁同步直线电机的数学模型及其仿真模型直线电机的开放结构使直线电机控制系统的复杂程度大大增加，再加上其采用三相交流电供电，直线电机的数学模型比一般的

8、旋转电机要繁杂，它的耦合性很强并且变量也很多及很高的非线性等一系列特点，这使直线电机的控制系统更为繁杂并难以设计，增加了直线电机分析和设计控制系统的难度。在直线电机的控制技术当中，需要不断的调节或取舍控制器的各种参数来满足控制需要，通常有两种方法来实现[36]，种是通过计算机仿真来寻找合适的控制器参数，另外一种是对实际生产系统进行试验检测，取得适合的参数。但是使用实际系统来试验，可能会造成设备的损坏