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本文所研究的分段式永磁直线同步电动机(SPMLSM)垂直运输系统是一种具有良好发展前景的新型无绳垂直运输系统,它具有结构简单、高效、节能、运行距离和速度不受限制等显著优点,适用于高层建筑和深井提升。“PMSM驱动的垂直运输系统”的构想是90年代初国外学者首次提出,并开始理论和试验研究,但是使水平运行的机车“竖立”起来运行面临重大的理论和技术问题的挑战,这种“挑战”使得该课题成为直线电机研究领域的前沿课题。如果理论上和技术上的许多问题得到解决,那么传统的提升模式将会发生重大的变革,其理论价值和社会效益是不可估量的。
本文主要采用理论分析、计算机仿真与实验相结合的方法从以下几个方面对PMLSM控制系统进行分析和研究:
(1)从单段初级PMLSM建模出发,在分析单段PMLSM空间矢量变换规律的基础上,建立了单段初级PMLSM的稳态数学模型,重点推导了单段PMLSM的d-q轴模型,最后得出了单段初级PMLSM的id=0按转子磁链定向的矢量控制方式。
(2)在MATLAB/Simulink环境下,结合速度闭环控制、电流闭环控制和SVPWM空间矢量脉宽调制,对单段初级PMLSM按转子磁链定向控制的闭环系统进行了建模与仿真实验,并在转速、电流的双闭环控制的基础上引进了位置闭环控制并进行仿真实验。仿真结果表明采用闭环矢量控制的PMLSM系统能够取得很好的控制效果。
(3)利用有限元法在ANSOFT中求得单段初级对应的电磁参数和次级位置之间关系的基础上,建立单段初级变参数、非线形暂态数学模型。然后从次级位置变量出发,建立多段初级式PMLSM整体暂态数学模型。并利用该模型对实验室中具有5段初级PMLSM驱动的无绳提升系统进行了空载起动、突变负载、变频起动和调速的开环仿真实验。仿真结果表明了SPMLSM垂直提升运输系统的可行性和合理性,为SPMLSM驱动的垂直提升系统的优化、控制及实物实现提供理论依据。
(4)介绍基于DSP控制的永磁直线同步电机矢量控制垂直提升系统的硬件和软件实现。