【摘要】：電勵(lì)磁直線電機(jī)磁懸浮進(jìn)給平臺(tái)具有直接驅(qū)動(dòng),直接懸浮的特點(diǎn),對(duì)現(xiàn)代精密加工領(lǐng)域發(fā)展具有重要的研究意義。本課題在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:“可控勵(lì)磁直線同步電動(dòng)機(jī)磁懸浮進(jìn)給平臺(tái)運(yùn)行機(jī)理與控制策略研究(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào):51575363)”的背景下,主要研究電勵(lì)磁直線同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理,以及解決不確定性外部擾動(dòng)作用下,磁懸浮子系統(tǒng)的控制與設(shè)計(jì)問題。論文主要內(nèi)容如下:(1)研究電勵(lì)磁直線同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作機(jī)理和數(shù)學(xué)模型。在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立電勵(lì)磁直線同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,在水平系統(tǒng)下,推導(dǎo)電磁推力的解析表達(dá)式,進(jìn)給方向的運(yùn)動(dòng)方程與狀態(tài)方程;對(duì)于磁懸浮系統(tǒng),推導(dǎo)法向電磁力的解析表達(dá)式,懸浮方向的運(yùn)動(dòng)方程與狀態(tài)方程;分析影響兩種電磁力的主要因素;對(duì)于進(jìn)給子系統(tǒng)與懸浮子系統(tǒng)之間的電磁耦合問題進(jìn)行分析。(2)電勵(lì)磁直線同步電機(jī)磁懸浮系統(tǒng)的距離型模糊控制器的設(shè)計(jì)。針對(duì)非線性磁懸浮系統(tǒng)易受參數(shù)攝動(dòng)和外界不確定性擾動(dòng)的影響,采用距離型模糊推理算法進(jìn)行控制。針對(duì)磁懸浮系統(tǒng)的特性,設(shè)計(jì)距離型模糊推理的模糊準(zhǔn)備單元;分析研究距離型模糊算法的特點(diǎn),距離的概念以及推理步驟;最后搭建電勵(lì)磁直線電機(jī)磁懸浮子系統(tǒng)的仿真模型,以PI控制為對(duì)比,仿真研究距離型模糊控制策略的動(dòng)、靜態(tài)特性。(3)電勵(lì)磁直線同步電機(jī)磁懸浮系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)包括以數(shù)字信號(hào)處理器DSP F28335為核心的控制電路設(shè)計(jì),和以智能功率模塊(IPM)為核心的功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),以及對(duì)位置信號(hào),電流信號(hào)的采樣電路,系統(tǒng)保護(hù)電路,和其他外圍電路的設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)主要是針對(duì)主程序和中斷服務(wù)子程序的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化,參數(shù)的定義和外設(shè)的啟動(dòng);中斷服務(wù)程序是磁懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵,它包括電流,位置信號(hào)的采樣、控制算法的運(yùn)算以及PWM的生成等功能。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273;TM359.4
【圖文】：

第 2 章 電勵(lì)磁直線同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行機(jī)理2.1 電勵(lì)磁直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電勵(lì)磁直線磁懸浮同步電動(dòng)機(jī)的磁極一般有兩種構(gòu)造形式，分別為隱極式和凸式。隱極式一般由高強(qiáng)度合金鋼整塊鍛成，槽形一般為開口形，以便安裝勵(lì)磁繞組相比于凸極式電動(dòng)機(jī)，隱極式電動(dòng)機(jī)具有更加均勻的氣隙，所以，僅在磁極結(jié)構(gòu)形不同時(shí)，隱極式電動(dòng)機(jī)的氣隙磁密更加均勻，反電動(dòng)勢(shì)也相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)而得到的水及法向電磁力的波動(dòng)也相對(duì)小一些。因此，為獲得穩(wěn)定的電磁推力和懸浮力把電機(jī)計(jì)為隱極式。圖 2.1 為隱極式電勵(lì)磁直線同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，采用單邊長定子結(jié)構(gòu)。中，次級(jí)定子上裝有勵(lì)磁繞組來產(chǎn)生勵(lì)磁磁場，進(jìn)而產(chǎn)生可控懸浮力，初級(jí)動(dòng)子上有電樞繞組，在三相交流電的作用下與勵(lì)磁磁場相互作用產(chǎn)生水平的推力，使得運(yùn)平臺(tái)在穩(wěn)定懸浮的同時(shí)進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)[33]。

8圖 2.3 磁懸浮平臺(tái)結(jié)構(gòu)的剖分圖he sectional drawing of magnetic levitation platform 動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型電機(jī)，電勵(lì)磁磁懸浮直線電機(jī)是一個(gè)具有隨負(fù)載質(zhì)量變化而變化的系統(tǒng)。同時(shí)，由不對(duì)稱等，使得該電機(jī)的數(shù)學(xué)模型更為復(fù)雜條件[34]：應(yīng)，忽略鐵心損耗（即由定子與動(dòng)子鐵心所路的磁阻，電機(jī)鐵心的磁化曲線為線性；

圖 3.9 距離型模糊控制器的控制曲面Fig. 3.9 Control surface of DFC controller集前件與事實(shí)的距離算法[47]計(jì)算模糊集合間的距離： ikjkpijkdxx1 iipxx， ,2,和 jjjjpxxxx， 1,2, 分別為兩個(gè)控制對(duì)象，p表示中，通常采用三角形模糊集合作為表示控制規(guī)則中的制系統(tǒng)中，輸入的并非是模糊集合，通常是來自傳感等具體的數(shù)值。懸浮系統(tǒng)中，由于磁懸浮的高度是經(jīng)傳感器測得的，值是一個(gè)確切值而非模糊集合，因此，要將其作為單。

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