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http://www.paper.edu.cn 长行程大推力分段直线电机的模糊PI控制1李立毅1宋立伟1 1哈尔滨工业大学电气工程系哈尔滨 150001 E-mailliliyihit.edu.cn摘要随着电磁弹射系统对推力及效率的要求永磁直线同步电机PMLSM被研究应用于弹射系统中。
本文设计了用于电磁弹射的长初级短次级PMLSM初级绕组采用分段结构减小了绕组漏电感降低了系统无功功率。
控制系统采用两个逆变器和两个电流跟踪器电流跟踪器用于在交叠段中跟踪另一段初级绕组的三相电流使动子在交叠段中保持两段初级绕组电流一致实现推力平稳。
根据系统的非线性与参数的时变性采用模糊PI调节器调节动子速度。
结果显示与传统PI调节相比在交叠段中推力平衡速度响应快且没有超调证明所提方案的正确性与可行性。
关键字直线同步电机分段控制模糊PI调节器 中图分类号TM359.4 1. 引言 直线电机不需要中间转换机构可以将电能直接转换成直线运动机械能正受到越来越多的关注。
文献1对LSM和LIM进行了比较提出LIM的导轨GUIDEWAY结构简单但需要向动子传输大量的能量导致LIM的效率低且需要板上控制而尽管LSM的初级较复杂但由于动子较轻、不需要板上控制所以更经济节能。
PMLSM已经被研究应用于电磁航空发射中。
对于长行程的永磁直线同步电机而言漏感较大存在较大的无功损耗因此对PMLSM的初级绕组进行分段的想法已经被提出并进行研究。
分段结构的永磁直线同步电机已经被研究应用于水平的、倾斜的和垂直的运输系统中2-3。
但是所研究的分段结构定子相互分开必然存在推力的波动。
在电磁弹射系统中考虑到减小系统振动保持推力平稳本文设计了一种定子绕组分段的电磁弹射器其定子不是完全分开的。
但是如果对它控制不当仍然会存在推力波动。
用于实验的电磁弹射器已经被加工安装在我们的实验室中如图1所示并且对它进行了理论与实验研究。
实验系统使用了SVPWM控制方法并且当动子在穿越交叠段时采用电流跟踪器以保持相邻定子段中对应相电流的一致性确保推力的平稳。
另外因为模型控制具有响应快、超调量小及鲁棒性强等优点系统采用模糊PI控制器调节动子速度取得了好的控制效果。
图1 PMLSM实验样机 Fig. 2 PMLSM Test Prototype 2. 分段电磁弹射器模型与基本方程 电磁弹射器定子绕组采用双层整距绕组分为两段分别占48槽和51槽。
其结构图如图3所示。
图3电磁弹射器结构示意图 Fig. 4 Diagram of the electromagnetic launch geometry 由于电磁弹射器初级分段铁心两端会分别形成三个半填槽。
为充分利用铁心并尽可能使交越处推力平稳第一段绕组末端和第二段绕组始端共用第一段铁心的三个槽图中粉 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金项目编号20050213036的资助。
-1- http://www.paper.edu.cn 红色虚线分开了两段电磁弹射器的绕组。
动子共四极磁钢采用钕铁硼永磁材料。
用于电磁弹射器的PMLSM的结构参数如表1所示。
表1 永磁直线电机结构参数 Tab.1. Structure Parameter of PMLSM Length of section Ⅰ l1 0.48m Slot with bs 5mm Length of section Ⅱ l2 0.51m Slot depth hs 22mm Phase resistance of section Ⅰ Rs10.554ohmMover pole pitch τ30mm Phase resistance of section Ⅱ Rs20.589ohmLength of mover l120mm 在双轴dq旋转同步坐标系中永磁直线同步电机数学模型可如下推导4 1dddsiupvRπqλλτ?????????????? 1 1qqqsiupvRπdλλτ????????????????M 2 式中idudλdiquqλq——d轴的电流、电压和磁链与q轴的电流、电压和磁链 Rs——电机的相电阻 v——动子的速度 p——电机的机对数 τ——电机极距 dddPLiλλ 3 qqqLiλ 4 式中LdLq——d轴和q轴的电感λPM——永磁体产生的磁链 电磁推力 32ePMqdqpdqFiLLiiπλτ?????????? 5 忽略空气阻力动子的受力方程 eFMmaBsv 6 式中M——PMLSM的动子质量 m——负载质量 a——动子加速度 Bs——摩擦系数 忽略外部阻力根据式5和式6得 1esaFBvMm??