数控机床直接磁悬浮永磁直线电动机及其伺服控制系统研究

直接磁悬浮永磁直线电动机伺服系统，是根除数控机床进给系统摩擦阻力，提高加工精度和表面粗糙度的共性问题和关键性技术。在对直接磁悬浮永磁直线电动机研究的基础上，进一步研究其伺服控制系统。该电动机的动子由两套绕组构成，一套绕组用于产生电磁推力，另一套绕组用于产生磁悬浮力，其机理不同于电磁铁磁悬浮系统，是靠永磁直线电动机自身产生的磁悬浮力来运行，目的是消除摩擦提高伺服系统的精度。重点研究：（1）直接磁悬浮永磁直线电动机的运行机理。（2）直接磁悬浮永磁直线电动机和磁悬浮力的数学模型。（3）直接磁悬浮永磁直线电动机的解耦控制，及其伺服系统的鲁棒控制策略。科学意义在于将直接磁悬浮永磁直线电动机及其伺服控制系统，引入到数控机床伺服驱动中，在获得直接磁悬浮永磁直线电动机运行机理的基础上，提出磁悬浮子系统和进给子系统的鲁棒控制规律。这对于推动数控机床磁悬浮和直接驱动技术的应用都具有重要的意义。

为消除数控机床进给系统摩擦阻力，提高加工精度和表面粗糙度这一共性问题和关键性技术，对数控机床直接磁悬浮永磁直线电动机及其伺服控制系统进行研究。重点研究：（1）直接磁悬浮永磁直线电动机的运行机理。在对直接磁悬浮永磁直线电动机的运行机理进行理论研究的基础上，进行了电动机的电磁场数值计算与参数计算，设计并制作了直接磁悬浮永磁直线电动机的研究样机，对该电动机运行机理作了实验验证。（2）直接磁悬浮永磁直线电动机和磁悬浮力的数学模型。根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理，建立了磁悬浮力、电磁推力与推力绕组磁密、悬浮绕组磁密和永磁体磁密之间的解析表达式，并进行了有限元计算。为实现对磁悬浮力的控制，进一步推导出磁悬浮力与控制电流的解析表达式。（3）直接磁悬浮永磁直线电动机的解耦控制及其伺服系统的鲁棒控制策略。根据矢量控制原理，将系统解耦成磁悬浮子系统和进给伺服子系统，设计并制作控制系统，对系统进行了理论与实验研究，获得了磁悬浮子系统和进给伺服子系统运行的实验结果，并对伺服子系统的鲁棒控制策略进行了理论研究。科学意义在于通过研究直接磁悬浮永磁直线电动机的运行机理、数学模型及其控制策略，为最终实现数控机床的磁悬浮运行和直接驱动技术提供科学依据。