永磁直線同步電機伺服系統的控制策略探究

蘇錦智，盧彥林（.包頭長安永磁電機有限公司； .包頭職業技術學院，內蒙古 包頭 04030）

永磁直線同步電機伺服系統的控制策略探究

蘇錦智1，盧彥林2
（1.包頭長安永磁電機有限公司； 2.包頭職業技術學院，內蒙古 包頭 014030）

隨著科技的發展和電子計算機技術的發展，數控機床對驅動裝置的性能也具有越來越高的要求，直線電機取代了以往的旋轉電機成為工業生產中的主要組成部分，由于永磁直線同步電機直接將電能轉換為直線運動，它取消了旋轉電機在中途轉動過程中所消耗的運動，所以它具有速度高、精準度高、智能環保等特征。本文將從永磁直線同步電機的工作原理、控制策略以及其伺服系統的軟件開發等方面進行了探究。

永磁直線同步電機；直線電機；工作原理；控制策略；伺機系統

隨著科學技術和電子計算機技術的發展，永磁直線同步電機因其高速度、高精確以及其控制方便、驅動能源較易獲取、環保無公害等優勢被廣泛應用于數控系統和一些高密數字測量等場合，但永磁直線同步電機在運作過程中也極易受到外部干擾而影響參數，因此本文將從永磁直線同步電機的原理分析，對矢量控制進行研究搭建直線矢量控制系統，對永磁直線同步電機伺服系統的擾動進行分析。

1　直線電機發展現狀

永磁直線同步電機在數控系統及生產生活中已廣泛運用，直線電機的發展經過了160年的歷程，到1971年開始投入到開發階段，并進入實用商品階段，國外一些國家對直線電機的研究越來越感興趣，隨著科技的發展，到90年代之后，直線電機作為系統進入工業生產中，后來被運用于不同的領域，而且越來越深受人們的推崇，直線電機目前具有不可估摸的發展前景。

由于直線電機具有裝置簡單可靠、直線速度可以不受任何限制、機械損耗小、噪聲小、應用場合廣、散熱性能好、使用靈活性較大、節能環保等優點，直線電機在國外應用非常廣泛，但在國內發展還需進一步地研究，雖然有一些院校在直線電機方面進行深入研究，但在投入使用方面還要進一步發展，不斷創新，提高直線電機及其伺機系統的控制領域的水平，減小與其他國家在這一方面差距。

2　伺機系統

伺機系統是指按照控制信號的要求而動作：控制信號到來之前，被控制對象是靜止不動的；接收到控制信號后，被控制對象則按要求動作；控制信號消失之后，被控制對象又能自行停止。正是基于執行機構這一特點，我們稱之為伺機系統。伺機系統主要是根據信號要求而進行運作，這在一定程度上對直線電機的速度及效率上有所改進和提高。

3　直線電機的工作原理

在傳統意義上，一般應用于工業上的都是旋轉電機，但隨著科學技術和電子計算機的發展，直線電機將逐漸取代旋轉電機，它是旋轉電機的一種演變和延伸，從直觀圖形看，可以想象將一臺旋轉電機沿著它的內徑切開，然后舒展成平面圖，將圓周面攤開，這樣就形成了直線電機的平面圖（如圖1），這就減少了旋轉電機在旋轉過程中因旋轉而造成的消耗運動，直線電機提高了運行的速度和效率。

圖1　旋轉電機轉化為直線電機過程

直線電機的分類有很多，永磁直線同步電機主要是運用高能電磁體，具有控制快，效率高、速度快等特點，永磁直線同步單機可分為平面型和圓筒型，工作原理都是將初級制成動子，次級的永磁體作為定子，在初級繞組通入交流電源，則在氣隙中產生行波磁場。次級在行波磁場的切割下，產生感應電動勢從而產生電流，該電流與氣隙中的磁場相互作用就產生電磁推力。如果初級固定，則次級在推力的作用下做直線運動；反之，次級固定，則初級作直線運動。直線電機就這樣把電能直接轉變為直線運動的機械能而無需任何中間變換裝置。

4　直線永磁直線同步電機的伺服系統的控制策略

直線電機具有高速度和高效率等許多優點，但要將直線電機的眾多優勢發揮出來，還需要對直線電機的伺服系統的控制進行嚴密而精確的研究，目前主要有傳統控制理論運用、現代控制理論運用和智能控制理論三個部分的研究，傳統控制理論是運用最成熟、最廣泛的策略，但由于直線電機是個強耦合的設備，所以PID控制算法不能達到解耦，實現變量的單獨控制，但這種方式比較實惠，成本低，對直線電機有一定的作用。

現代控制理論相對于傳統控制理論而言操作更為復雜，這主要是因為直線電機的系統比較復雜，在運用過程中有一些不可預計的的干擾量會加大工作量，如直線電機會受到溫度的影響等，這就使現代控制理論不能單獨控制直線電機。

智能控制理論主要是采用神經網絡控制和模糊控制技術，工作原理就是模仿人腦神經系統進行控制，并將專家的一些有效的經驗融合到直線電機控制中，模糊控制技術因其控制精確度高而得到廣泛地應用，在應用過程中，模糊控制技術最好跟其他控制系統一起使用才能取得更好的效果。

5　小結

綜上所述，要研究永磁直線同步電機伺服系統的控制策略需要在了解直線電機的工作原理的基礎上進行研究，本文主要分析了幾種伺服控制系統的優缺點以及在運行過程中會出現的干擾因素研究出一種可以應用于新的控制系統運用于永磁直線同步電機伺服系統，隨著科學技術的發展和社會大環境的要求，永磁直線同步電機將具有很好的發展前景和趨勢，研究直線電機伺服系統的控制策略也具有一定的意義。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.151

蘇錦智，男，工程師，研究方向：稀土永磁電機及其控制。