电磁发射用直线感应电机位置检测关键技术研究

This project will develop an intensive research on the key technologies of position measurement system of the linear induction motor applied in electromagnetic emission. According to the multi-stators and sectional structure properties of the linear motor, the design method of position measurement network topology is studied. The approach of multi-objective optimization on the system parameters is proposed aiming at the objectives of accuracy, reliability, redundancy and feasibility. By analyzing the affection of the complex electromagnetic environment on the properties of eddy-current sensor coil, the electromagnetic interference mechanism of the sensor is studied, and a novel anti-interference design technology for the eddy-current sensor is proposed, and then an advanced eddy-current sensor is developed. The principle of electrical and mechanical coupling in the position measurement system is studied. A mathematical model is built to describe the electrical output signal as the function of the mechanical conditions. A novel intelligent processing technology for position signals is proposed to process the abnormal position signals and keep the validity and correctness of the position data used in the motor control system. The affection of position observer on the performance of linear motor control is studied. A high-efficiency stable observer is designed. According to the properties of the multi-stators motor, the affection of the position measurement synchronization on the performance of linear motor control is studied. A position synchronization technology is proposed. All the principles and technologies are verified by the experiments carried out on the prototype machine.

本项目拟对电磁发射用直线感应电机位置检测若干关键技术进行深入系统的研究。针对电磁发射用直线电机多定子以及定子分段式拼装特点，研究位置检测网络拓扑设计方法，综合精度、可靠性、冗余性以及工程可实现性等多个目标，提出系统各参数的综合优化设计方法；分析复杂电磁环境对涡流线圈电磁参数性能的影响机理，揭示电涡流型传感器受电磁干扰的作用机理，并提出新型抗干扰涡流传感器设计技术，研制新型涡流传感器；研究位置检测系统机械-电气耦合作用规律，推导机械条件-电气信号输出的数学模型，提出新型智能位置信号处理技术，对各种异常工况下位置数据进行再处理，从而保证直线电机控制用数据的有效性与正确性；研究位置观测器对电机控制性能影响规律，并提出高效、稳定的观测器设计方法；针对多定子直线电机特点，研究位置检测同步性对直线电机控制性能影响规律，并提出多定子直线感应电机的位置同步技术；通过样机实验验证各关键技术与作用规律。

电磁发射装置是利用直线感应电机所产生的电磁力，按照预先设定的发射轨迹曲线，在有限冲程和较短时间（几秒）内迅速将负载加速到设定速度（数百公里每小时）的一种新型推进设备。它的实质是将电磁能变换为发射载荷所用瞬时动能的一类能量变换装置。.直线感应电机是电磁发射装置的核心执行机构，为适应电磁发射的特殊要求，电机多采用双边长初级短次级结构，初级由若干相同的初级模块沿长度方向拼接而成，次级为加速负载的动子，电机的控制策略采用的是位置反馈的闭环控制，需要一套具有大量程、高可靠性、良好冗余性以及较高分辨率的位置检测系统。.针对电磁发射系统工作时所处的严酷自然环境以及电磁场干扰环境，对比分析各种直线电机位置检测技术的综合性能，本项目最终采用基于电涡流传感器阵列的位置检测系统，并对该系统的若干关键技术进行了深入系统的研究，主要研究内容及成果如下。.（1）建立了传感器-编码器耦合电磁学模型，提出位置检测系统网络拓扑设计方法和参数优化设计方法。.（2）研究了传感器受电磁干扰的作用机理，并根据理论分析和工程实践需求，研制了新型抗干扰涡流传感器。.（3）推导传感器的机械条件-电气信号数学模型，并对智能位置信号处理技术进行了研究。.（4）提出了高效、稳定的位置观测器设计方法和多定子直线感应电机的位置同步方法。.本课题的研究将为解决电磁发射用直线感应电机精确位置控制问题提供坚实的理论和技术基础，是实现我国自研航母跨越式发展的重要保证，本研究也可以拓展到民用直线感应电机系统中，将极大促进国防和国民经济发展，具有重大的军事效益、经济效益和学术价值。