繞組分段永磁直線同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、繞組分段永磁直線同步電機(winding segmented permanent magnet linear synchronous motor，WS-PMLSM)不但具備PMLSM的諸多優(yōu)點，還具有驅(qū)動電壓低和效率高等優(yōu)勢，使其在民用和軍用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。然而WS-PMLSM是由多個直線電機緊密拼接而成，初級分段的特殊結(jié)構(gòu)將給驅(qū)動供電系統(tǒng)帶來極大的挑戰(zhàn)，且受相鄰定子段間磁場耦合及端部效應(yīng)的影響，關(guān)鍵電磁參數(shù)將隨動子位置變化而改

2、變，這必定造成多數(shù)電流控制方法和常規(guī)無位置傳感器方法失效，甚至?xí)绊懻麄€系統(tǒng)的穩(wěn)定性。綜上所述，對WS-PMLSM驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究具理論價值和實用意義。
　　本文將對 WS-PMLSM的分段原則與方法、電磁參數(shù)的變化規(guī)律、驅(qū)動電路設(shè)計及繞組切換控制方法、段間推力波動抑制和無位置傳感器控制等關(guān)鍵技術(shù)展開深入的研究。
　　為實現(xiàn)對 WS-PMLSM的精確控制，需要探究其特殊的分段結(jié)構(gòu)導(dǎo)致磁極位置對每段初級的電感、耦合磁鏈、感應(yīng)

3、電動勢等關(guān)鍵參數(shù)和電磁推力的影響。本文利用電磁場理論計算、有限元分析和實驗測試的方法對主要電磁參數(shù)的變化規(guī)律進行研究，并針對參數(shù)變化對控制系統(tǒng)的影響進行分析，從而構(gòu)建可變參數(shù)的WS-PMLSM數(shù)學(xué)模型。此外，還將針對WS-PMLSM的端部效應(yīng)以及三相互感不對稱機理對段內(nèi)及段間電磁推力特性的影響進行研究。另外，還要對電機的動態(tài)特性展開研究，推導(dǎo)在電壓和電流極限條件影響下，最大電磁推力與電機極限運行速度的關(guān)系。
　　為了提升 WS-P

4、MLSM驅(qū)動效率、優(yōu)化驅(qū)動效果、降低驅(qū)動成本，文中針對不同的應(yīng)用背景，提出單逆變器串聯(lián)/并聯(lián)驅(qū)動電路拓撲結(jié)構(gòu)、雙逆變器交替驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)及其衍生出的段間損耗優(yōu)化驅(qū)動策略。通過對各類驅(qū)動電路及繞組切換瞬間的暫態(tài)特性，以及各段與磁極的耦合關(guān)系等問題進行分析，提出可以有效抑制切換瞬間推力波動并提升系統(tǒng)效率的繞組切換控制方法。
　　為實現(xiàn)WS-PMLSM在寬調(diào)速范圍內(nèi)全行程無位置傳感器電流-速度雙閉環(huán)運行，本文結(jié)合 WS-PMLSM的特性，

5、提出基于段間電感參數(shù)變化規(guī)律的段間初始位置辨識方法，以及基于反饋自適應(yīng)擴展滑模觀測器的段間觀測反電勢同步合成法。首先，采用同步處理相鄰兩段定子的高頻電流/電壓響應(yīng)幅值的方法確定 WS-PMLSM在段間的初始位置。當(dāng)電機處于高速度運行階段，在所提滑模觀測器的基礎(chǔ)上根據(jù)相鄰兩段定子觀測反電勢信號幅值的特點，提出兩段觀測反電勢同步復(fù)合計算法，以克服段間反電勢幅值非周期性變化導(dǎo)致的段間位置辨識難題。另外，本文還將分析電阻和電感參數(shù)變化對觀測精度

6、和穩(wěn)定性的影響。
　　為實現(xiàn)減小相鄰段間驅(qū)動電流差異抑制段間推力波動，兼具提升系統(tǒng)動態(tài)性能的目標，本文依據(jù) WS-PMLSM初次級局部耦合時的推力特點與驅(qū)動電流之間關(guān)系，提出以離散時間電流控制為核心的段間電流同步交替跟蹤策略，以克服常規(guī)電流調(diào)節(jié)器（PID）動態(tài)性能不佳，尤其是在段間電流同步跟蹤響應(yīng)能力不足的問題。為充分提升電流控制環(huán)節(jié)的性能，還將對影響離散時間電流控制方法的諸多因素如：數(shù)字系統(tǒng)的固有延遲，逆變器的死區(qū)時間，逆變器輸