横向磁场永磁直线电机电磁场计算及驱动器的研究

摘要

作为一种利用电能直接产生直线运动的电子机械装置，直线电机取消了源动力和工作台部件之间的一切中间环节，使得机械传动链的长度为零，即“直接驱动”或“零传动”，它所具有的突出优点，在各种直线运动场合得到了广泛应用。而横向磁场永磁直线电机更是以其电磁力密度大的优异性能和本身结构上同传统直线电机的较大差异，在低速大推力直线运动领域显示了广阔的应用前景。目前这种发展尚未完全成熟的电机具有较大的开发与研究潜力，因而对其进行研究具有十分重要的意义。
　　本文首先引入磁钢等效电流的概念建立了考虑饱和时的横向磁场永磁直线电机的数学模型，这对于电机的性能分析和控制策略研究具有重要的指导意义；接着对横向磁场永磁直线电机定位力的产生机理，以及定位力周期进行了研究；用三维有限元法对电机内的电磁场进行了计算和分析，在此基础上计算了横向磁场永磁直线电机的定位力、通电时的“力—位移”特性以及电感参数，并对其进行了相应的分析；
　　其次，以DSP芯片TMS320F2812为主控单元，设计了驱动控制系统的硬件电路。包括控制电路、功率驱动保护电路、位置检测电路的设计。
　　再次，在分析矢量控制策略的基础上，采用id=0的磁场定向控制方案，运用CCS3.1开发平台设计了系统的软件部分。
　　最后，进行系统的仿真与实验。应用MATLAB中的Simulink对横向磁场永磁直线电机的驱动控制系统进行了仿真研究，并在搭建的硬件和软件平台上进行驱动控制实验，仿真和实验验证了横向磁场永磁直线电机采用id=0的磁场定向控制方案是切实可行的。

目录

横向磁场永磁直线电机电磁场计算及驱动器的研究

CALCULATION OF THE ELECTROMAGNETIC FIELD OF TRANSVERSE FLUX PERMANENT MAGNET LINEAR MOTOR AND STUDY OF DRIVE

摘 要

Abstract

目 录

绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 横向磁场永磁直线电机概述

1.2.1 直线电机的发展现状

1.2.2 横向磁场永磁电机的研究现状

1.2.3 横向磁场永磁直线电机的结构及特点

1.3 直线电机驱动控制技术概述

1.4 本文的主要研究内容

第2章 横向磁场永磁直线电机的电磁场分析与计算

2.1 引言

2.2 横向磁场永磁直线电机的数学模型

2.3 横向磁场永磁直线电机的定位力分析

2.3.1 横向磁场永磁直线电机定位力的产生机理

2.3.2 横向磁场永磁直线电机定位力周期的分析

2.4 横向磁场永磁直线电机的电磁场有限元分析

2.4.1 有限元方法概述

2.4.2 横向磁场永磁直线电机定位力特性的计算

2.4.3 横向磁场永磁直线电机电感参数的计算

2.5 本章小结

第3章 横向磁场永磁直线电机驱动系统的硬件构成

3.1 硬件系统总体设计

3.2 控制电路设计

3.2.1 电源电路设计

3.2.2 A/D采样电路

3.2.3 电平转换电路

3.2.4 串行通讯接口电路

3.3 功率驱动电路设计

3.3.1 基于IR2130芯片的驱动电路

3.3.2 三相逆变电路及隔离电路

3.3.3 保护电路

3.4 位置检测电路设计

3.4.1 光栅位移传感器的特点

3.4.2 光栅位移传感器的工作原理

3.5 本章小结

第4章 横向磁场永磁直线电机驱动系统的软件设计

4.1 矢量控制策略的研究

4.2 横向磁场永磁直线电机id =0磁场定向控制

4.3 控制系统的软件实现

4.3.1 TMS320F2812概述

4.3.2 主程序设计

4.3.3 下溢中断子程序设计

4.3.4 捕捉中断子程序设计

4.4 本章小结

第5章 横向磁场永磁直线电机系统仿真与实验

5.1 TFPMLM驱动控制系统MATLAB仿真

5.1.1 横向磁场永磁直线电机的数学描述

5.1.2 控制系统MATLAB建模

5.1.3 仿真结果分析

5.2 TFPMLM控制系统实验

5.3 本章小结

结 论

参考文献

附 录

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致 谢