永磁直线同步电机伺服系统的控制策略探究

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摘 要：随着科技的发展和电子计算机技术的发展，数控机床对驱动装置的性能也具有越来越高的要求，直线电机取代了以往的旋转电机成为工业生产中的主要组成部分，由于永磁直线同步电机直接将电能转换为直线运动，它取消了旋转电机在中途转动过程中所消耗的运动，所以它具有速度高、精准度高、智能环保等特征。本文将从永磁直线同步电机的工作原理、控制策略以及其伺服系统的软件开发等方面进行了探究。

关键词：永磁直线同步电机；直线电机；工作原理；控制策略；伺机系统

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.151

随着科学技术和电子计算机技术的发展，永磁直线同步电机因其高速度、高精确以及其控制方便、驱动能源较易获取、环保无公害等优势被广泛应用于数控系统和一些高密数字测量等场合，但永磁直线同步电机在运作过程中也极易受到外部干扰而影响参数，因此本文将从永磁直线同步电机的原理分析，对矢量控制进行研究搭建直线矢量控制系统，对永磁直线同步电机伺服系统的扰动进行分析。

1 直线电机发展现状

永磁直线同步电机在数控系统及生产生活中已广泛运用，直线电机的发展经过了160年的历程，到1971年开始投入到开发阶段，并进入实用商品阶段，国外一些国家对直线电机的研究越来越感兴趣，随着科技的发展，到90年代之后，直线电机作为系统进入工业生产中，后来被运用于不同的领域，而且越来越深受人们的推崇，直线电机目前具有不可估摸的发展前景。

由于直线电机具有装置简单可靠、直线速度可以不受任何限制、机械损耗小、噪声小、应用场合广、散热性能好、使用灵活性较大、节能环保等优点，直线电机在国外应用非常广泛，但在国内发展还需进一步地研究，虽然有一些院校在直线电机方面进行深入研究，但在投入使用方面还要进一步发展，不断创新，提高直线电机及其伺机系统的控制领域的水平，减小与其他国家在这一方面差距。

2 伺机系统

伺机系统是指按照控制信号的要求而动作：控制信号到来之前，被控制对象是静止不动的；接收到控制信号后，被控制对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控制对象又能自行停止。正是基于执行机构这一特点，我们称之为伺机系统。伺机系统主要是根据信号要求而进行运作，这在一定程度上对直线电机的速度及效率上有所改进和提高。

3 直线电机的工作原理

在传统意义上，一般应用于工业上的都是旋转电机，但随着科学技术和电子计算机的发展，直线电机将逐渐取代旋转电机，它是旋转电机的一种演变和延伸，从直观图形看，可以想象将一台旋转电机沿着它的内径切开，然后舒展成平面图，将圆周面摊开，这样就形成了直线电机的平面图（如图1），这就减少了旋转电机在旋转过程中因旋转而造成的消耗运动，直线电机提高了运行的速度和效率。

直线电机的分类有很多，永磁直线同步电机主要是运用高能电磁体，具有控制快，效率高、速度快等特点，永磁直线同步单机可分为平面型和圆筒型，工作原理都是将初级制成动子，次级的永磁体作为定子，在初级绕组通入交流电源，则在气隙中产生行波磁场。次级在行波磁场的切割下，产生感应电动势从而产生电流，该电流与气隙中的磁场相互作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力的作用下做直线运动；反之，次级固定，则初级作直线运动。直线电机就这样把电能直接转变为直线运动的机械能而无需任何中间变换装置。

4 直线永磁直线同步电机的伺服系统的控制策略

直线电机具有高速度和高效率等许多优点，但要将直线电机的众多优势发挥出来，还需要对直线电机的伺服系统的控制进行严密而精确的研究，目前主要有传统控制理论运用、现代控制理论运用和智能控制理论三个部分的研究，传统控制理论是运用最成熟、最广泛的策略，但由于直线电机是个强耦合的设备，所以PID控制算法不能达到解耦，实现变量的单独控制，但这种方式比较实惠，成本低，对直线电机有一定的作用。

现代控制理论相对于传统控制理论而言操作更为复杂，这主要是因为直线电机的系统比较复杂，在运用过程中有一些不可预计的的干扰量会加大工作量，如直线电机会受到温度的影响等，这就使现代控制理论不能单独控制直线电机。

智能控制理论主要是采用神经网络控制和模糊控制技术，工作原理就是模仿人脑神经系统进行控制，并将专家的一些有效的经验融合到直线电机控制中，模糊控制技术因其控制精确度高而得到广泛地应用，在应用过程中，模糊控制技术最好跟其他控制系统一起使用才能取得更好的效果。

5 小结

综上所述，要研究永磁直线同步电机伺服系统的控制策略需要在了解直线电机的工作原理的基础上进行研究，本文主要分析了几种伺服控制系统的优缺点以及在运行过程中会出现的干扰因素研究出一种可以应用于新的控制系统运用于永磁直线同步电机伺服系统，随着科学技术的发展和社会大环境的要求，永磁直线同步电机将具有很好的发展前景和趋势，研究直线电机伺服系统的控制策略也具有一定的意义。

参考文献：

[1]方涛.永磁直线同步电机伺服系统的控制策略研究[D].2015（06）.

[2]张晴.直线电机直接驱动技术在高速精密加工中的应用[J].机电工程技术，2006.

[3]叶云岳.直线电机原理与应用[D].机械工业出版社.

[4]林春.永磁同步直线电机伺服控制系统研究[D].电机与电器专业，2005（02）.

作者简介：苏锦智，男，工程师，研究方向：稀土永磁电机及其控制。