轨道交通用磁障耦合式车体单边励磁永磁直线电机及其控制系统研究

The rail transit system which is driven by linear motor has many advantages such as excellent acceleration/deceleration performance, curve passing capacity, climbing ability, high reliability, low cost, small vibration, low noise and so on. Linear motor drive becomes the preferred driving scheme of rail transit system and represents the development direction of rail transit technology. The efficiency, power factor and other performance indicators are not ideal of traditional rail transit system driven by linear induction motor. Therefore, a novel vehicle-single-excitation magnetic barrier coupling permanent magnet linear motor used in rail transit and its control system will be presented and researched in this project. This kind of motor not only has advantages of conventional linear induction motor such as simple structure and non adhesion direct drive, but also has good performance index such as power factor and efficiency, and it has broad application prospects. In this project, based on the special electromechanical energy conversion mechanism, the inductance parameter, steady and dynamic performance calculation, basic method of electromagnetic design and excitation control technology are put forward and the theoretical system of integrated motor system is established through the analysis of basic electromagnetic relations, edge effect, model and the simulation and experimental research. The project study not only has important engineering application, but also its theoretical research achievements have a very important scientific significance.

轨道交通系统采用直线电机驱动，具有优良的加减速性能、曲线通过能力和爬坡能力，以及可靠性高、工程造价低、振动小、噪音低等突出的技术优势，成为轨道交通系统首选驱动方案，代表了轨道交通驱动技术的发展方向。传统的轨道交通驱动直线感应电机效率、功率因数等性能指标均不够理想，为此，本项目提出并研究一种轨道交通用磁障耦合式车体单边励磁永磁直线电机及其控制系统，该种电机不仅具有常规直线感应电机结构简单和非黏着直接驱动等方面的优点，而且功率因数和效率等性能指标优良，应用前景广阔。本项目将从该种电机特殊的机电能量转换机理出发，分析基本电磁关系、边端效应、模型与仿真和实验研究，提出电磁参数计算、稳态和动态性能分析和电磁设计的基本方法与电机控制技术，建立该种电机完整系统的理论体系。该项目研究不仅具有重要的应用价值，而且其理论研究成果，亦具有非常重要的科学意义。

轨道交通系统采用直线电机驱动，具有加减速性能好，转弯半径小、牵引性能好、爬坡能力强等突出优势。常用的感应直线电机存在了功率因数和效率低的问题，磁障耦合式初级永磁直线电机（MBCLPPM）不仅具有常规直线感应电机结构简单和非黏着直接驱动等方面的优点，而且功率因数和效率等性能指标优良，应用前景十分广阔。.为了分析MBCLPPM结构形式对运行性能的影响，首先对极槽配合、永磁体排列等多种拓扑结构MBCLPPM的磁场调制能力进行对比分析，确定高磁场耦合能力的结构形式；为进一步提升初级两磁场的耦合作用，对磁障次级进行结构优化和参数计算，提升有效谐波，提高推力密度和运行效率；通过选择初级的分段方式、优化端部长度、增加并优化辅助槽等方式来削弱推力波动，抑制端部效应的影响；建立了考虑边端效应的数学模型和直接推力数学模型，进行了性能仿真；建立了电机的3D模型并进行了三维温度场分析，得到了电机各部分的温升分布，采用风机冷却系统情况下仿真不同风速情况下温度场分析，分析永磁体退磁风险；为从控制角度提高性能，提出了基于命令滤波器的自适应RBF神经网络反步控制策略，减小了滤波误差，提高了控制精度，抑制了未建模负载扰动，具有更好的稳定性与鲁棒性；在理论分析和仿真研究的基础上，研制了实验样机并进行了运行性能实验测试，证明了理论分析的正确性。通过理论与实验研究，形成了MBCLPPM及其控制系统较为完整的理论体系和分析设计方法。.结合该项目的研究，培养博士生1名，硕士生7名（已毕业6名，在读1名）；在国内外重要学术刊物及国际会议上发表论文15篇，其中被EI 收录6篇，另有1篇期刊论文已录用待发表；申报国家专利和软件著作权10项，其中发明专利实质审查3项，实用新型专利授权3项，软件著作权授权4项。.本项目研究不仅对推动磁障耦合初级永磁直线电机的实际应用具有重要工程应用价值，而且所解决的学术问题亦具有重要的科学意义。