大推力永磁同步直線(xiàn)電機(jī)機(jī)械特性研究.pdf

1、隨著工業(yè)制造水平的不斷發(fā)展，超高速加工和超精密加工成為未來(lái)機(jī)床業(yè)發(fā)展的主題，永磁同步直線(xiàn)電機(jī)以長(zhǎng)行程、低慣量、高精度、快響應(yīng)、高速度、推力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔等特征，是高速精密機(jī)床中直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的理想動(dòng)力裝置。由于永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的端部效應(yīng)和齒槽效應(yīng)等固有的特性，大推力永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的推力波動(dòng)嚴(yán)重，產(chǎn)生低速爬行和抖動(dòng)現(xiàn)象，惡化電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，制約了其在先進(jìn)裝備中的應(yīng)用。本文在深入研究國(guó)內(nèi)外直線(xiàn)電機(jī)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)單邊平板式大推力永磁同步直線(xiàn)

2、電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性進(jìn)行研究，針對(duì)現(xiàn)有大推力永磁同步直線(xiàn)電機(jī)存在的推力波動(dòng)等問(wèn)題，從磁路分析和設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、伺服系統(tǒng)控制補(bǔ)償?shù)确矫孢M(jìn)行研究，減少推力波動(dòng)，優(yōu)化了大推力永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性。 文章首先闡述了課題的背景，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，研究的目的、意義和內(nèi)容等。接著對(duì)永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析。以永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的推力特性為研究對(duì)象，比較了電磁場(chǎng)的各種分析方法，采用分層線(xiàn)性模型思想，分析出了永磁同步直線(xiàn)電機(jī)中

3、的磁場(chǎng)分布，推導(dǎo)出了電磁推力波動(dòng)表達(dá)式。 其次研究了永磁同步直線(xiàn)電機(jī)推力波動(dòng)的機(jī)理，對(duì)電磁場(chǎng)有限元法進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，通過(guò)有限元法對(duì)永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的端部效應(yīng)和齒槽效應(yīng)進(jìn)行研究分析，實(shí)現(xiàn)以?xún)?yōu)化動(dòng)子鐵芯長(zhǎng)度來(lái)降低邊端力；實(shí)現(xiàn)以短距分?jǐn)?shù)槽繞組來(lái)降低齒槽力，消除和抑制諧波推力。通過(guò)擬合的推力波動(dòng)表達(dá)式，提出以補(bǔ)償電流的方法來(lái)抑制波動(dòng)推力。運(yùn)用MATLAB/Simulink搭建了永磁同步直線(xiàn)電機(jī)伺服控制器在三種狀態(tài)下的仿真模型，分別為忽略推

4、力波動(dòng)、考慮推力波動(dòng)無(wú)補(bǔ)償策略、考慮推力波動(dòng)進(jìn)行Iq電流補(bǔ)償時(shí)的永磁同步直線(xiàn)電機(jī)伺服控制仿真模型。對(duì)三種仿真模型進(jìn)行仿真比較，驗(yàn)證了通過(guò)Iq電流補(bǔ)償能有效抑制推力波動(dòng)的有效性。 最后利用數(shù)字信號(hào)處理芯片、大功率逆變器、直線(xiàn)光柵尺等永磁同步直線(xiàn)電機(jī)伺服控制硬件平臺(tái)，完成永磁同步直線(xiàn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)力補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)。通過(guò)搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)補(bǔ)償策略進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析研究，驗(yàn)證了通過(guò)電流補(bǔ)償策略能有效抑制永磁同步直線(xiàn)電機(jī)推力