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直线电机在轨道交通中的应用与关键技术综述

中国电机工程学报 2020年第17期40卷 5665-5674页

作者：吕刚北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044

该文综述了直线电机在城市轨道交通和干线轨道交通的研究和应用现状。从直线电机的类型、拓扑结构、供电方式以及应用车辆的特征等方面,详细论述直线感应电机、常导直线同步电机、无铁心超导直线同步电机、永磁直线同步电机在轮轨车辆... 详细信息

该文综述了直线电机在城市轨道交通和干线轨道交通的研究和应用现状。从直线电机的类型、拓扑结构、供电方式以及应用车辆的特征等方面,详细论述直线感应电机、常导直线同步电机、无铁心超导直线同步电机、永磁直线同步电机在轮轨车辆、中低速磁悬浮列车、单轨列车、高速磁悬浮列车等载运工具中的应用。详实阐述了在不同速度等级、车体支撑方式等轨道交通运输条件下,直线电机初/次级沿线路的铺设方式、法向力对悬浮或轮轨关系的影响,直线电机的冷却方式以及采用的不同控制策略等关键问题和技术。

关键词：直线电机轨道交通轮轨车辆磁悬浮列车单轨牵引力悬浮力导向力

基于图像增强局部上采样SSD的直线电机动子非接触位置检测方法

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控制与决策 2023年第6期38卷 1629-1636页

作者：胡冬波赵吉文张晓虎合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

研究一种基于图像增强局部上采样平方差和(IE-LUSSD)的高精度亚像素检测算法,以提高直线电机动子位置检测对不同光照强度的抗干扰能力.首先,根据直线电机一维刚体平移的运动特点,设计一种基于线阵相机和非周期栅栏图像的动子位置检测系... 详细信息

研究一种基于图像增强局部上采样平方差和(IE-LUSSD)的高精度亚像素检测算法,以提高直线电机动子位置检测对不同光照强度的抗干扰能力.首先,根据直线电机一维刚体平移的运动特点,设计一种基于线阵相机和非周期栅栏图像的动子位置检测系统,线阵相机固定在动子上并跟随动子移动采集信号序列;然后,通过灰度线性变换图像增强算法对采集到的信号序列进行预处理以增强图像信息;并通过SSD算法获取相邻信号序列间的整像素位移,为了进一步提高测量准确性,采用频率域矩阵乘法离散傅里叶变换对相邻信号间相关函数的峰值邻域进行上采样细化峰值曲线;最后通过搭建动子位置检测的实验平台验证所提出方法对不同光照条件的适应性.算法可以达到0.01 pixels的检测精度,动子的实际位置检测误差在0.025mm以内.

关键词：直线电机线阵相机非接触位置检测灰度线性变换局部上采样平方差和亚像素

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直线电机驱动XY平台精密轮廓跟踪控制

中国电机工程学报 2018年第19期38卷 5863-5868页

作者：武志涛杨永辉辽宁科技大学电子与信息工程学院

为了减少直驱XY平台在循迹跟踪过程中所产生的轮廓误差,该文提出一种PDFF位置控制器与实时变增益轮廓误差补偿器相结合的轨迹跟踪控制方案。通过合理选择PDFF控制器的3个参数,使永磁直线电机位置伺服系统在减少超越量的同时具有响应速... 详细信息

为了减少直驱XY平台在循迹跟踪过程中所产生的轮廓误差,该文提出一种PDFF位置控制器与实时变增益轮廓误差补偿器相结合的轨迹跟踪控制方案。通过合理选择PDFF控制器的3个参数,使永磁直线电机位置伺服系统在减少超越量的同时具有响应速度快的优点。其次,为了实时准确地估算轮廓误差,利用跟踪误差与进给率等信息定义一个新的轮廓误差模型,并依此模型构建实时轮廓误差估计器,再通过与变增益交叉耦合控制结构相结合组成实时变增益轮廓误差补偿器。实验结果表明,所提出的创新性方法不仅可实时且有效地计算出轨迹跟踪系统的轮廓误差,并且使XY平台满足高精度轮廓跟踪的需求。

关键词：直线电机伺服控制轮廓误差模型交叉耦合控制 XY平台

直线电机驱动进给轴热动态伪滞后建模与补偿方法研究

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机械工程学报 2018年第19期54卷 137-143页

作者：林献坤张薇樊振华上海理工大学机械工程学院

分析热动态伪滞后效应对直接进给轴驱动精度的影响,对进给轴具有的热伪动态特性进行建模和误差补偿研究。依据一维热传导和一维热膨胀理论,推导直线电机驱动进给轴热动态过程的温度分布模型和热变形误差动态模型,通过有限元分析方法和... 详细信息

分析热动态伪滞后效应对直接进给轴驱动精度的影响,对进给轴具有的热伪动态特性进行建模和误差补偿研究。依据一维热传导和一维热膨胀理论,推导直线电机驱动进给轴热动态过程的温度分布模型和热变形误差动态模型,通过有限元分析方法和试验相结合,构建基于关键温度点的直接进给轴热伪滞后变形动态识别模型。应用激光干涉仪测量直接进给轴的热变形量,采用温度传感器和红外测温仪测量直接进给轴关键点的温度,构建进给轴动态热变形补偿系统,依据实时温度对应的热变形数据,发送热变形预测值给运动控制卡,进而向伺服控制器发送控制补偿指令,通过对直接进给轴的运动叠加控制,实现对直接进给轴的热变形补偿。在自构建的直接进给轴试验台上进行试验研究,结果表明:动态识别模型能有效的预测动态热行为,通过构建热变形补偿系统,可使直接进给轴进给精度提高75%。

关键词：伪滞后行为直线电机热变形补偿

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背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机

中国电机工程学报 2022年第21期42卷 7964-7971页

作者：贾周杨卫平贺伟余莉曹永娟贾红云南京信息工程大学自动化学院江苏省南京市210044 江苏省气象能源利用与控制工程技术研究中心江苏省南京市210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏省南京市210044

在错列式双Ω型定子横向磁通永磁直线电机研究基础上,该文提出背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机,该电机采用背靠背Ω定子配合聚磁结构动子实现电负荷与磁负荷的相互解耦。首先,阐述该电机的单相结构和工作原理并对样机尺寸进行推导。其... 详细信息

在错列式双Ω型定子横向磁通永磁直线电机研究基础上,该文提出背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机,该电机采用背靠背Ω定子配合聚磁结构动子实现电负荷与磁负荷的相互解耦。首先,阐述该电机的单相结构和工作原理并对样机尺寸进行推导。其次,采用三维有限元方法对电机磁场分布进行分析,对电机磁通密度、电枢反电势及电枢自感等电磁参数进行计算。最后,对三相电机推力和定位力进行仿真和优化。样机实验结果表明,与错列式双Ω型定子电机相比,所提新结构电机的磁通密度、电枢反电势、电机推力和功率密度等指标均得到显著提升。实验结果与仿真数据具有较好的吻合度,验证所提电机结构设计的正确性和可行性。

关键词：背靠背Ω定子有限元法横向磁通直线电机

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直线电机驱动的快速压缩机的开发及性能评估

直线电机驱动的快速压缩机的开发及性能评估

作者：刘静远山东大学

学位级别：硕士

快速压缩机可以模拟内燃机活塞单次压缩过程,控制燃烧室内各项热力学参数,是学者研究中低温范围燃料燃烧的重要工具。对目前国外与国内开发应用的快速压缩机的结构进行总结,按驱动形式分类,分为利用重物的势能驱动、气压驱动、液压驱动... 详细信息

快速压缩机可以模拟内燃机活塞单次压缩过程,控制燃烧室内各项热力学参数,是学者研究中低温范围燃料燃烧的重要工具。对目前国外与国内开发应用的快速压缩机的结构进行总结,按驱动形式分类,分为利用重物的势能驱动、气压驱动、液压驱动、旋转电机驱动等;按传动方式分类,分为连杆式、自由活塞式与曲柄连杆式等;按制动形式分类,分为液压制动或机械制动等。不同的快速压缩机在相似条件下研究燃料燃烧或着火延迟所得的结果有一定差异,其主要原因在于压缩过程中缸内气体运动复杂、散热速度和漏气速度不可控。提高压缩过程的可控性和重复性,是一项有效的改善措施。本文开发了一台以直线电机提供驱动力的快速压缩机,缸径50mm,压缩比为11,压缩时间约为100ms。采用直线电机提供驱动力,提高了驱动力的稳定性,为提高压缩过程重复性提供了保证,实现了压缩过程中高精度的位置控制;增加了空行程加速段使压缩活塞在压缩始点具备一定初速度进行压缩,以缩短压缩时间;使用连杆式传动,直线电机动子与压缩活塞在压缩方向呈直线分布;采用类似弹簧锁的结构进行机械制动,并基于仿真模型建立了初始参数到终了参数的映射,实现点火时参数可控。设计阶段,基于Simulink建立模型进行设计计算,确定设计参数并进行直线电机选型;开发阶段,对快速压缩机整体结构进行机械设计、加工和组装,基于Arduino Mega2560进行试验台控制器的硬件设计和嵌入式开发,基于Visual Studio Code+Qt Designer进行控制系统上位机界面的开发;验证阶段,对快速压缩机进行性能评估,包括重复性验证、漏气量评估、散热量评估及压缩比评估。基于完成开发的快速压缩机提出增加运动件配重提高压缩比的改进方案;基于评估试验数据对仿真模型进行了散热修正和漏气修正,提高了模型的准确性;基于修正后的模型建立了压缩过程初始参数到终了参数的映射,为基于快速压缩机试验台的试验提供了参数设置依据。

关键词：快速压缩机直线电机性能评估压缩过程

直线电机与钢丝绳复合提升系统设计及协同控制研究

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直线电机与钢丝绳复合提升系统设计及协同控制研究

作者：庄吉庆中国矿业大学

学位级别：硕士

近年来,为实现煤炭资源高效率、集约化开采,我国煤矿正朝着大型化、高效率、高效益的方向发展,对大型和特大型容器提升设备的技术需求日益旺盛。矿井使用的旋转电机提升系统难以解决钢丝绳加长以及负载加大导致的使用寿命降低的问题,而... 详细信息

近年来,为实现煤炭资源高效率、集约化开采,我国煤矿正朝着大型化、高效率、高效益的方向发展,对大型和特大型容器提升设备的技术需求日益旺盛。矿井使用的旋转电机提升系统难以解决钢丝绳加长以及负载加大导致的使用寿命降低的问题,而直线电机推进系统又难以直接用于提升重达数十吨甚至上百吨的矿井负载。针对以上问题,本文有机结合传统旋转电机提升和直线电机推进两种驱动技术原理,提出了一种直线电机与钢丝绳复合提升的新型解决方案,研究了融合钢丝绳提升与直线电机推进两种驱动系统的新型复合提升系统协同控制策略。研究结果有助于突破传统钢丝绳提升方式的技术限制,推动矿井提升系统朝着大高度、重负载的方向的发展。本文以在煤矿领域最大50t箕斗的基础上再增加20%以上的提升能力为研究目标,开展了直线电机与钢丝绳复合提升系统的设计及控制策略研究。首先,对直线电机与钢丝绳复合提升系统方案进行了总体设计,主要包括:直线电机的初次级结构布置、箕斗增额提升设计、直线电机和旋转电机内部参数设计等;其次,选定旋转电机和直线电机两种驱动电机的控制策略,分别搭建了旋转电机矢量闭环控制、单直线电机矢量闭环控制、多直线电机同步控制的仿真模型,并对其动态响应特性进行了仿真分析;再次,提出了“T-v控制策略”和“F-ω控制策略”两种异类多电机协同驱动控制策略,分别搭建了两种控制策略下的复合提升系统机-电耦合动力学模型,并根据提升系统实际应用工况分别对两种协同控制策略进行了仿真分析;最后,研制了直线电机与钢丝绳复合提升系统原理样机,通过开展实验室试验验证了旋转电机与直线电机协同控制策略的可行性和有效性。研究结果表明:直线电机与钢丝绳复合提升系统可额外增加16t载煤量;单个旋转电机和直线电机均采用矢量闭环控制,多个直线电机采用主从控制和交叉耦合控制相结合的同步控制方式;单侧直线电机进行主从控制时,可采用超前启动和滞后停止的分段供电模式,超前启动和滞后停止的时间为0.4s,需要超前启动和滞后停止9个直线电机;针对旋转电机和直线电机协同控制提出的T-v控制策略和F-ω控制策略通过仿真和试验验证后均具有一定的可行性,其中T-v控制策略下提升容器加速度由直线电机提供,钢丝绳张力变化与加速度变化呈负相关,具有协同控制精度高、交变载荷变化幅值小等优点;F-ω控制策略下提升容器加速度由旋转电机提供,钢丝绳张力变化与加速度变化呈正相关,具有多电机协同控制容易实现的优点。本论文共有图82幅,表26个,参考文献104篇。

关键词：矿井提升机直线电机复合提升协同控制箕斗

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线性压缩机用动圈式直线电机仿真与试验研究

机械设计 2024年第4期41卷 49-55页

作者：杨辛未吴东璇陈洪月赵志群曹艳丽辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000 煤炭工业协会高端综采成套装备动力学测试与大数据分析中心辽宁阜新123000

针对线性压缩机直线电机的稳定性和可靠性问题,文中基于Halbach永磁体阵列形式设计了一种动圈式直线电机,采用有限元分析方法求解了永磁体阵列排列方式、气隙厚度、内外磁轭和线圈尺寸对电机性能的影响,综合考虑电机性能、装配工艺等因... 详细信息

针对线性压缩机直线电机的稳定性和可靠性问题,文中基于Halbach永磁体阵列形式设计了一种动圈式直线电机,采用有限元分析方法求解了永磁体阵列排列方式、气隙厚度、内外磁轭和线圈尺寸对电机性能的影响,综合考虑电机性能、装配工艺等因素,对直线电机各关键零部件的结构和尺寸进行了优化,提高了内、外磁轭的空间利用,增加了磁路的稳定性,消除了电磁感应强度集中位置,最后对优化后的电机性能进行了仿真分析和试验验证。

关键词：线性压缩机动圈式直线电机仿真分析

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直线电机进给系统机械系统动态特性研究

西安交通大学学报 2013年第4期47卷 44-50页

作者：杨晓君赵万华刘辉张会杰西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

为了获得满意的运动精度,针对以往直线电机进给系统研究中被忽略的机械系统动态特性,利用达朗贝尔原理建立了机械系统的动力学模型,对直线电机进给实验台的机械系统动态特性及影响因素进行了理论分析和实验测试,同时分析讨论了机械系统... 详细信息

为了获得满意的运动精度,针对以往直线电机进给系统研究中被忽略的机械系统动态特性,利用达朗贝尔原理建立了机械系统的动力学模型,对直线电机进给实验台的机械系统动态特性及影响因素进行了理论分析和实验测试,同时分析讨论了机械系统频率特性对进给系统运动精度的影响。结果表明:尽管直线电机进给系统机械环节结构简单,但依然具有复杂的动态特性,影响系统运动精度;伺服控制速度环增益越高,机械系统进给方向固有频率越高;随着进给速度的提高,工作台各方向振动频率与幅值均增大,当速度提高1倍时,俯仰振动和偏摆振动致使工作台产生的位移波动增大2倍。

关键词：直线电机进给系统机械系统动态特性速度环增益