【摘要】：永磁同步直線電機(jī)是一種提供直線運(yùn)動(dòng)的裝置,具有結(jié)構(gòu)簡單、損耗低、精度和重復(fù)精度高、行程大、維修簡單以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。但永磁同步直線電機(jī)本身輸出推力較小,使其運(yùn)用在很大程度上受到限制。本文主要針對改善永磁同步直線電機(jī)的力值輸出問題展開研究并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),提出將共振應(yīng)用于提高直線電機(jī)輸出推力,這對直線電機(jī)的推廣應(yīng)用具有理論意義和實(shí)際價(jià)值。首先,本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)以永磁同步直線電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的作動(dòng)器。針對作動(dòng)器關(guān)鍵部件進(jìn)行了workbench靜力學(xué)分析,結(jié)果表明所有關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)滿足直線電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和工況要求。另外,對作動(dòng)器整機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,并通過workbench模態(tài)仿真分析其共振情況。其次,通過矢量變換,得出永磁同步直線電機(jī)在正交旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電磁學(xué)方程,給出了控制某一軸電流為零來實(shí)現(xiàn)單變量輸入的控制方法。另外,通過對作動(dòng)器進(jìn)行模型簡化,建立了永磁同步直線電機(jī)的動(dòng)力學(xué)方程。再次,利用電流環(huán)、速度環(huán)和位移環(huán)三閉環(huán)來實(shí)現(xiàn)對作動(dòng)器位移的調(diào)節(jié),各閉環(huán)均采用PID控制。本文分別對各環(huán)PID進(jìn)行了參數(shù)整定,并通過simulink仿真,得出各環(huán)階躍響應(yīng)曲線。在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上對各環(huán)PID參數(shù)值調(diào)整優(yōu)化,得出相應(yīng)階躍響應(yīng)曲線,為實(shí)驗(yàn)操作提供相應(yīng)理論依據(jù)。最后,搭建了基于C#的控制界面,分別進(jìn)行了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和諧波加載實(shí)驗(yàn)。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)包括推力波動(dòng)實(shí)驗(yàn)和剛度測試實(shí)驗(yàn),推力波動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明推力波動(dòng)絕對量最大值為0.7N左右,相對最大超調(diào)量在1%以內(nèi)。剛度實(shí)驗(yàn)結(jié)果為共振實(shí)驗(yàn)共振點(diǎn)的尋找提供了理論參考,簡化了實(shí)驗(yàn)過程。諧波加載實(shí)驗(yàn)是共振實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),共振實(shí)驗(yàn)即在作動(dòng)器固有頻率周圍的諧波加載實(shí)驗(yàn)。共振實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,在一定條件下,共振可以使永磁同步直線電機(jī)的輸出推力增加將近18倍。但是,在不同電壓的激勵(lì)下,其增大倍數(shù)變化是非線性的。
[Abstract]:Permanent magnet synchronous linear motor (PMSM) is a kind of device which provides linear motion. It has the advantages of simple structure, low loss, high precision and repetition precision, large stroke, simple maintenance and fast response. However, the output thrust of permanent magnet linear synchronous motor (PMSM) is small, so its application is limited to a great extent. This paper mainly focuses on improving the force output of permanent magnet synchronous linear motor (PMSM) and carries out relevant experiments. It is proposed that resonance is used to increase the output thrust of linear motor, which has theoretical and practical value for the popularization and application of linear motor. Firstly, a actuator driven by permanent magnet synchronous linear motor (PMSM) is designed. The workbench statics analysis of the key components of the actuator shows that the design of all the key components can meet the requirements of the mechanical strength and the working conditions of the linear motor. In addition, the dynamic analysis of the actuator is carried out, and the resonance of the actuator is analyzed by workbench modal simulation. Secondly, through vector transformation, the electromagnetic equation of permanent magnet synchronous linear motor in orthogonal rotating coordinate system is obtained, and the control method of single variable input is given by which the axis current is zero. In addition, the dynamic equation of permanent magnet synchronous linear motor is established by simplifying the actuator model. Thirdly, the current loop, the velocity loop and the displacement loop are used to adjust the actuator displacement. Each loop is controlled by PID. In this paper, the PID parameters of each ring are adjusted, and the step response curves of each ring are obtained by simulink simulation. Based on the simulation results, the corresponding step response curves are obtained by adjusting and optimizing the PID parameters of each ring, which provides a theoretical basis for the experimental operation. Finally, the control interface based on C # is built, and the static and harmonic loading experiments are carried out respectively. The static experiment includes thrust fluctuation test and stiffness test. The results show that the maximum absolute value of thrust fluctuation is about 0.7 N and the relative maximum overshoot is less than 1%. The experimental results of stiffness provide a theoretical reference for finding the resonance vibration point and simplify the experimental process. Harmonic loading experiment is the basis of resonance experiment, which is the harmonic loading experiment around the natural frequency of actuator. The resonance experiment results show that resonance can increase the output thrust of PMSM by nearly 18 times under certain conditions. However, under the excitation of different voltages, the variation of the increase multiple is nonlinear.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM359.4

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本文編號(hào)：2156179