【摘 要】
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本文以江苏省自然基金(BK2008228)“自由活塞发电发动机的模型建立、结构优化和控制策略研究”为背景,分析了项目课题所用电机的类型和特点,设计和建立了圆筒型永磁同步直线
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本文以江苏省自然基金(BK2008228)“自由活塞发电发动机的模型建立、结构优化和控制策略研究”为背景,分析了项目课题所用电机的类型和特点,设计和建立了圆筒型永磁同步直线电机的结构模型,并且基于DSP构建了电机的矢量控制系统。
直线电机固有的齿槽效应和端部效应是引起推力波动的主要原因,采用分数槽理论设计和分析了三种绕组结构模型,并利用有限元仿真软件Ansofl进行了仿真分析,得到气隙磁密、反电动势、磁链等仿真结果。经过分析和比较之后,利用Halbach阵列永磁体具有自屏蔽使得气隙磁密增强的特点,得到适用于本项目的基于Halbach阵列永磁体的模块化绕组结构模型。基于模块化绕组结构模型,针对推力密度、效率、功率因数等参数,对电机尺寸进行了优化,得到一些优化值,并针对抑制推力波动进行了一些改善措施.
基于矢量控制理论,设计了电机的三闭环控制系统,对矢量控制的基本原理以及具体的实现过程进行了必要的介绍和分析,并基于MATLAB建立了矢量控制的三闭环仿真系统,得到速度、位置、推力、三相电流、磁链等仿真结果,结果表明矢量控制系统的建立是完全正确的,为基于DSP的软件实现打下了基础。
根据系统需要,设计和搭建了电机伺服控制的硬件系统,如驱动电路、电流采样电路、位置霍尔电路、保护电路等。基于矢量控制系统,设计了基于DSP的软件系统,用C语言编写了位置检测、三闭环调节等相关模块的程序。最后,对电机的控制系统进行了空载实验,得到位置、速度等一些列实验结果,并根据实验结果对整个系统做了必要的分析与评价。实验结果证明了矢量控制策略的有效性,以及实现过程的正确性,同时也表明了该伺服控制系统的运行可靠性。
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