分段式永磁低速直线电机交流伺服系统建模与性能控制研究

分段式永磁低速直线同步电动机伺服系统在低速直线运行场合具有广泛的应用潜力，由于其存在强耦合非线性以及系统结构多样性等特点，目前尚无系统的理论和有效的方法解决该类系统的建模和性能控制问题。本课题拟以综合性能最优即功率（或推力）与电机系统体积之比最大和运行效率最高、波动最小等多变量为目标函数，利用模糊神经优化方法对分段式永磁低速直线同步电动机定子最佳分段和动、定子最佳配合进行研究，以磁场"五层分析模型"为基础，采取支持向量机方法，建立分段式永磁低速直线同步电动机伺服系统模型并进行动态性能分析和仿真研究。通过本课题的研究，期望对永磁低速直线同步电动机伺服系统提出针对其结构特点的有效的综合优化设计理论和建模方法，对进一步研发具有自主知识产权的分段式永磁低速直线同步电动机伺服系统奠定理论基础。

本项目对分段式永磁低速直线同步电动机伺服系统建模和性能控制问题进行研究。利用低速永磁直线同步电机线性统一分析模型，推导出了永磁直线同步电动机各等效电路参数。通过引入分数槽“电机元”的概念实现分数槽电机简化向量分析，给出实现快速槽绕组的分配方法。项目考虑载荷、安全、经济和可靠性等因素，以综合性能最优即功率（或推力）与电机系统体积之比最大和运行效率最高、波动最小等多变量为目标函数，采用自适应调节控制参数的改进遗传算法、人工蜂群优化算法等对单/多段低速永磁直线电机进行优化设计，确定定子最佳分段原则，研究了分段式永磁直线电机定子最佳分段模型，建立长定子最佳分段的一般方法。以定子最佳分段为基础，综合考虑动、定子的长度、极数、槽型和结构设计等因素，以综合性能最优为目标函数，利用遗传算法、改进蚁群算法和粒子群优化方法等方法对分段式永磁低速直线同步电动机动、定子最佳配合进行研究，建立了动、定子最佳配合的一般方法。在分段式永磁低速直线同步电动机动、定子最佳配合基础上，通过模型试验与计算机仿真，建立基于动、定子最佳配合的分段式永磁低速直线同步电机伺服系统数学模型并进行相关参量的检测、测试数据的分类和处理方法及故障检测的方法进行了研究。开发了直线电机专用变频器。针对该类电机特殊工艺结构，提出一种新型结构的磁通调制式永磁低速直线同步电动机并对其特性等相关内容展开研究。通过本课题的研究，提出了针对永磁低速直线同步电动机伺服系统结构特点的综合优化设计和建模方法，对进一步研发具有自主知识产权的分段式永磁低速直线同步电动机伺服系统奠定了理论基础。