永磁同步直線(xiàn)電機(jī)硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的應(yīng)用

1、    永磁同步直線(xiàn)電機(jī)硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域：控制與仿真 挑戰(zhàn)： 應(yīng)用方案：       使用NI 使用的產(chǎn)品： 介紹:      永磁同步直線(xiàn)電機(jī)由于其高速度、高精度和高剛度等優(yōu)異性能，目前受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。但與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，直線(xiàn)電機(jī)試驗(yàn)難度大、危險(xiǎn)性高，如操作不當(dāng)極易發(fā)生飛車(chē)，造成人身和財(cái)產(chǎn)損失。因此急需搭建一套永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。該仿真平臺(tái)的快速成功搭建，可以預(yù)

2、先驗(yàn)證直線(xiàn)電機(jī)的控制算法，從而便于提早發(fā)現(xiàn)潛在錯(cuò)誤，節(jié)約調(diào)試成本、縮短調(diào)試周期和減小事故發(fā)生概率。正文：一、 引言      直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元取消了從伺服電機(jī)到工作臺(tái)之間的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把運(yùn)動(dòng)單元的傳動(dòng)鏈縮為零，稱(chēng)為“零傳動(dòng)”。該傳動(dòng)方式既可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，又可提高直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元的速度、加速度、靈敏度、剛度和精度。在高速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元中，由直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)方式已是大勢(shì)所趨，目前直線(xiàn)電機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用、軍事及其它各種直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。國(guó)外著名的機(jī)床公司，如Siemems，F(xiàn)anuc等在其高端

3、數(shù)控機(jī)床中無(wú)例外地全部使用直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)方式，使得加工出產(chǎn)品的精度和加工速度都得到極大提高。永磁同步直線(xiàn)電機(jī)由于無(wú)需電勵(lì)磁、推力密度大和效率高等優(yōu)點(diǎn)事實(shí)上已成為今后直線(xiàn)電機(jī)的發(fā)展方向。電流環(huán)三環(huán)或速度環(huán)、電流環(huán)二環(huán)閉環(huán)控制。該平臺(tái)能夠模擬永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的多種運(yùn)動(dòng)工況，快速、無(wú)差地跟蹤速度和位置給定信號(hào)，仿真結(jié)果與科爾摩根系統(tǒng)類(lèi)似，驗(yàn)證了算法的正確性。二、 永磁同步直線(xiàn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的dq軸方程:                

4、        三、 永磁同步直線(xiàn)電機(jī)矢量控制原理       交流電機(jī)的矢量控制是1971年由德國(guó)F.Blaschk等人提出的。其基本思想是在交流電機(jī)上模擬直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律。在磁場(chǎng)定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解為產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流，使兩個(gè)電流分量相互垂直、彼此獨(dú)立，因此可以分別加以控制。在永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁極的位置用來(lái)決定逆變器的觸發(fā)信號(hào)，以保證逆變器輸出頻率始終等于轉(zhuǎn)子角頻率，因此，永磁同步電機(jī)的矢量控制為自控運(yùn)行

5、的矢量控制。      在矢量控制中定子電流的控制模式是多種多樣的，且電流控制模式和轉(zhuǎn)子的幾何結(jié)構(gòu)影響著永磁同步電機(jī)的性能和變換器的容量。本文采用常見(jiàn)的直軸電流id0模式，該控制方式突出的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有電機(jī)直軸電樞反應(yīng)，不會(huì)引起永磁體的去磁現(xiàn)象，且可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)電機(jī)每安培最大推力控制，只要控制好定子電流的幅值和相位，就可以得到滿(mǎn)意的推力控制特性。本文所提出的矢量控制原理框圖如圖1所示。 圖1 矢量控制原理框圖 四、 永磁同步直線(xiàn)電機(jī)硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái) 16kS/s(周期62.5us)。系統(tǒng)的位置和速度輸出可以快速無(wú)差地跟蹤給定的位置和速度信號(hào)，精度達(dá)到幾個(gè)微米級(jí)別，可以在線(xiàn)調(diào)節(jié)控制器參數(shù)和直線(xiàn)電機(jī)負(fù)載，仿真結(jié)果與實(shí)際