动磁多极式直驱平面电机中磁力与磁力矩计算及其控制研究

动磁多极式直接驱动平面电机具有定位精度高、六自由度运行能力的特点，在工业生产与科学研究等领域具有很高的应用价值。为了达到对电机精确控制的目标，不仅需要准确计算定子线圈阵列中的电流分布与动子永磁阵列之间的磁力，也必须研究动子（刚体）的磁力矩平衡问题，即需要确定电流分布、磁力分布密度、磁力矩之间关于空间相对位置的函数关系。.平面电机的控制器设计，需要类似于旋转电机的Park逆变换，以便于通过实时位置反馈量、位置期望值，结合电流磁力函数关系，来确定定子激励电流的大小。但由于动磁多极式平面电机采用非正弦非对称多点电流激励的特点，逆变换具有无穷多解。运用广义逆矩阵理论，以热损最小、定子线圈容错、电流平滑切换分别作为优化约束条件，可在无穷解空间中确定唯一逆变换，为平面电机控制器设计提供类似于旋转电机Park逆变换的技术手段。

本项目通过三年的研究工作，已完成项目计划内容，在以下六个方面取得一定的成果。一是对平面电机中的定子磁场和动子磁场展开了系统的分析，所获得的二维及三维电磁场计算精度较高。二是利用磁共能法建立了多边激励机电装置磁力计算的一般公式，提出了永磁体等效虚拟电流的概念，对磁力计算的一般公式进行改进，以适用于包含永磁体的磁力计算，可以分析磁力基波及磁力脉动。三是建立了平面电机驱动器的通用设计方法，以单元驱动模块组合的方式，通过逐步设计方法可以确定驱动器的各项结构尺寸。四是提出一种新的N相系统的派克变换关系。五是研究协控激励模式、多极激励模式的磁力矩计算方法，以及动子刚体运动的完整动力学方程。利用广义逆矩阵理论，可以确定满足期望磁力磁力矩条件下的激励电流解。六是将逆变换控制运用到控制器设计中，并进行动态模拟实验，达到了预期的控制要求。