繞組分段永磁直線同步電機(jī)提升系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行控制.pdf

1、永磁直線同步電機(jī)（Permanent magnet linear synchronous motor，PMLSM）具有永磁電機(jī)和直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，成為無(wú)繩提升系統(tǒng)的理想驅(qū)動(dòng)源，在超深礦井提升、超高層建筑和艦載升降機(jī)等領(lǐng)域具有突出的優(yōu)越性，已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。為方便安裝，節(jié)約能耗，長(zhǎng)行程PMLSM通常采用繞組分段式結(jié)構(gòu)。對(duì)于垂直運(yùn)動(dòng)的繞組分段PMLSM（Segment winding PMLSM，SW-PMLSM）來(lái)說(shuō)，繞組切換使得電機(jī)

2、參數(shù)變化較大，引起推力波動(dòng)；位置傳感器信號(hào)丟失或繞組切換執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障可能導(dǎo)致電機(jī)工作在不穩(wěn)定區(qū)域，引起電機(jī)失步，直接影響提升機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要開(kāi)展SW-PMLSM提升系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行控制研究。
　　利用電磁場(chǎng)理論和分層等效模型，建立了U型PMLSM有限元模型，并進(jìn)行了相關(guān)仿真研究，得到了U型PMLSM的氣隙磁場(chǎng)、磁密分布、反電勢(shì)、磁阻力以及推力功角特性。將電機(jī)模型分為有動(dòng)子區(qū)域和無(wú)動(dòng)子區(qū)域，得到了動(dòng)子在不同位置時(shí)氣隙磁密的表達(dá)式

3、，進(jìn)一步推導(dǎo)了U型PMLSM的繞組自感和互感，得到動(dòng)子位置變化對(duì)電感的影響規(guī)律。基于反電勢(shì)機(jī)理，推導(dǎo)出了U型PMLSM感應(yīng)電勢(shì)表達(dá)式，得到了動(dòng)子位置變化對(duì)反電勢(shì)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了出入端效應(yīng)對(duì)電磁推力的影響規(guī)律，建立了定子繞組與永磁體勵(lì)磁磁場(chǎng)完成耦合、不在勵(lì)磁磁場(chǎng)范圍、逐漸進(jìn)入磁場(chǎng)和逐漸退出磁場(chǎng)4種狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型。
　　提出了SW-PMLSM提升系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷方法，得到了暫態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的等面積定則。通過(guò)建立PMLSM等效

4、電路，推導(dǎo)了PMLSM電磁推力表達(dá)式，研究了低速PMLSM推力功角特性，得出了運(yùn)行頻率、供電電壓及繞組切換故障對(duì)推力功角特性的影響規(guī)律。在李雅普諾夫運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性定義的基礎(chǔ)上，利用非線性系統(tǒng)的線性近似穩(wěn)定判斷法，建立了SW-PMLSM提升系統(tǒng)小信號(hào)模型，得到了靜態(tài)穩(wěn)定性判據(jù)?；谙鄬?duì)動(dòng)能能量法，提出了SW-PMLSM提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性等面積定則，得到了SW-PMLSM提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行需要滿足的條件。對(duì)SW-PMLSM提升系統(tǒng)定子繞組切換

5、失敗故障引起的暫態(tài)特性進(jìn)行了仿真研究。得出的結(jié)論為SW-PMLSM穩(wěn)定運(yùn)行控制奠定了理論基礎(chǔ)。
　　提出了一種SW-PMLSM提升系統(tǒng)繞組切換容錯(cuò)控制方法。建立了位置傳感器故障模型以及繞組切換執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障模型。通過(guò)檢測(cè)相鄰位置傳感器“跳變沿”觸發(fā)順序以及相鄰觸發(fā)邊沿之間的時(shí)間差的方法實(shí)現(xiàn)位置傳感器故障檢測(cè)，并利用傳感器信號(hào)之間的位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)位置傳感器信號(hào)丟失后的容錯(cuò)控制。提出了通過(guò)在線調(diào)整推力功角特性曲線的繞組切換機(jī)構(gòu)故障容錯(cuò)控制