随着航空航天技术的发展,人们对各种飞行器的地面高速模拟试验提出了越来越高的需求,搭建飞行器高速运行的地面模拟环境成为研究的重点方向。同时,航天飞行器如果能在离开地面以前就能获得很高的运行速度,则可以大大降低发射的初始质量,并且发射平台可以重复使用,从而发射成本成数量级的降低。空芯直线同步电机以其运行速度高、无磁饱和、效率高、电机结构简单等特点,成为实现高速乃至超高速悬浮助推的重要方式。其中,高精度的定位测速技术是直线同步电机推进的核心技术之一。本文对空芯直线同步电机全速域范围内的定位测速技术开展了研究:在电机运行速度较低时,设计了基于游标卡尺测量原理的传感器方案进行定位测速,同时方案还可测量动子的悬浮高度;在运行速度较高时,采用基于反电动势法的无传感器方案观测动子的位置和速度。论文主要的研究内容和取得的成果如下:建立空芯直线同步电机的矢量控制模型。介绍了空芯式直线同步电机的结构以及工作原理;建立了电机在不同坐标系下的数学模型,并给出电感的计算结果;搭建电机的矢量控制模型,并进行模型的仿真验证,为后续章节提供基础。在电机运行低速段,首次提出采用“三角尺+传感器组”方案进行定位测速和测量动子的悬浮高度。文章详细介绍了三角尺方案实现定位测速以及测高的原理,并结合游标卡尺测量长度的原理,采用多个传感器探头实现定位精度的成倍提升;给出了多探头的编码规律,以及实现高度测量和定位测量的解耦原理;最后通过仿真计算证明了多探头方案在提高定位精度上的有效性,并将所得位置和速度反馈给矢量控制仿真系统,实现了对位置和速度的良好跟踪,并保证了电机推力的平稳。最后,将设计的方案应用于空芯直线电机平台上,将采集到的位置信息与实际的位置信息进行对比,结果证明,“三角尺+多探头”方案的测量精度满足电机定位要求,在实际工程中可以应用。在电机运行速度较高时,采用基于反电动势法的无速度/位置传感器方案进行定位测速,并将获得的位置和速度用于闭环反馈,构成电机的无传感器控制。文章介绍了基于反电动势法进行无速度/位置传感器检测动子位置和速度检测的原理,并设计了“反电动势观测器+锁相环”的动子位置和速度观测方案;通过MATLAB仿真进行验证,将得到的位置和速度信息反馈到电机电流环和速度环的双闭环矢量控制系统中,实现了对位移和速度的良好跟踪;最后在小型试验样机上进行了初步的验证。