現(xiàn)代直線電機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)及其應(yīng)用研究

周旋

摘 要：直線電機(jī)是電能直接轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的重要媒介，不僅有助于降低系統(tǒng)損耗，而且能省略中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此在現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。針對(duì)直線電機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理，深入闡述現(xiàn)代直線電機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)內(nèi)容，并結(jié)合具體的技術(shù)資料，對(duì)其應(yīng)用方法進(jìn)行分析，以進(jìn)一步加深相關(guān)人員對(duì)直線電機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)的認(rèn)識(shí)，為加快直線電機(jī)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：直線電機(jī)；關(guān)鍵控制技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM359.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）02-0072-01

由于社會(huì)對(duì)生產(chǎn)力發(fā)展提出了更高的要求，因此技術(shù)人員需要進(jìn)一步強(qiáng)化直線電機(jī)運(yùn)行效率，積極開(kāi)展有關(guān)現(xiàn)代直線電機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)的研究，為更好推動(dòng)直線電機(jī)技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 直線電機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理

通常情況下，我們可以將直線電機(jī)看作是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿著徑向剖開(kāi)并展平而成的，與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，直線電機(jī)的次級(jí)相對(duì)于初級(jí)做直線運(yùn)動(dòng)，因此其運(yùn)行效率也優(yōu)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，直線電機(jī)經(jīng)常會(huì)采用動(dòng)初級(jí)結(jié)構(gòu)與動(dòng)次級(jí)結(jié)構(gòu)，因此為了更好的區(qū)分直線電機(jī)不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，可以將直線電機(jī)的靜止部分定義為定子，運(yùn)動(dòng)部分定義為動(dòng)子。

直線電機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相同，也是在氣隙磁場(chǎng)的作用下而形成的，只是直線電機(jī)中主要為行波磁場(chǎng)，輸入電能主要通過(guò)波磁場(chǎng)完成電能的轉(zhuǎn)變，并在電能轉(zhuǎn)變的同時(shí)促使電機(jī)的初級(jí)、次級(jí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)[1]。

2 現(xiàn)代直線電機(jī)控制策略與應(yīng)用分析

2.1 現(xiàn)代直線電機(jī)控制策略研究

由于直線電機(jī)的基本原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相同，因此在研究現(xiàn)代直線電機(jī)控制策略中，也可以從以下幾方面進(jìn)行研究。

2.1.1 控制策略

控制策略的關(guān)鍵，就是對(duì)恒壓頻比的控制，相比之下，這種控制方法更加簡(jiǎn)單，并且容易實(shí)現(xiàn)。在操作過(guò)程中，整個(gè)控制方法對(duì)調(diào)速性能的要求不高，并且對(duì)于一些負(fù)載變化不明顯的控制系統(tǒng)（如水泵等），采用這種控制方法就能有效解決系統(tǒng)平滑調(diào)速困難的問(wèn)題。與額定頻率下的調(diào)速相比，控制方法保持壓頻穩(wěn)定的效果更佳持久，并且在額定頻率不變的基礎(chǔ)上，電壓的輸出值不會(huì)出現(xiàn)明顯變化，無(wú)限趨近于恒功率調(diào)速控制。

雖然控制技術(shù)在應(yīng)用中具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是需要注意的是，控制技術(shù)的精準(zhǔn)性、動(dòng)態(tài)控制效果不明顯，尤其在處理負(fù)載突變的問(wèn)題時(shí)，在應(yīng)用該技術(shù)后會(huì)出現(xiàn)明顯的速度變化問(wèn)題，并且需要很長(zhǎng)的時(shí)間調(diào)整期運(yùn)行狀態(tài)；若直線電機(jī)處于低速運(yùn)行狀態(tài)，在應(yīng)用技術(shù)時(shí)就可能出現(xiàn)推力輸出不理想問(wèn)題，需要進(jìn)行電壓補(bǔ)償。

2.1.2 矢量控制

矢量控制又被稱為磁場(chǎng)定向控制，是德國(guó)學(xué)者由上世紀(jì)70年代所提出的一種控制理論。該理論推行的初衷，就是將交流電機(jī)模擬為直流電機(jī)，進(jìn)而確保電機(jī)能獲得一種與直流電機(jī)一樣的高性能調(diào)速控制結(jié)果。這種控制方法主要原理，就是立足于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，通過(guò)將電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)垂直分量，使其中一個(gè)分量與直流動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩電流分量相等，而另一個(gè)澤宇直流電機(jī)勵(lì)磁分量相同。在這種情況下，操作人員就實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)電流分量的控制。

2.2 直線電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)不斷發(fā)展，直線電機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)化了操作人員對(duì)直流電機(jī)的控制能力。本文以城市軌道試驗(yàn)為研究對(duì)象，對(duì)直線電機(jī)控制系統(tǒng)做進(jìn)一步研究。

2.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

在本文研究中，直線電機(jī)控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括：試驗(yàn)線軌道、直線電機(jī)、直流供電系統(tǒng)、中央控制室等幾部分。

2.2.2 直線電機(jī)變頻調(diào)速控制方法

本文所研究的直線電機(jī)主要采用控制方法，其主要系統(tǒng)控制內(nèi)容包括：（1）主程序先初始化系統(tǒng)，在初始化結(jié)束后能完成FFT計(jì)算（循環(huán)），通過(guò)FFT計(jì)算，確定直線電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的頻率、電流幅值、電壓等。相應(yīng)的，能夠在主程序中判斷車輛的過(guò)壓、過(guò)流狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)其標(biāo)志位顯示為“1”，則進(jìn)入軟件保護(hù)程序，列車停止運(yùn)行。（2）主中斷服務(wù)程序會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制。首先清零看門狗計(jì)數(shù)器，避免出現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位情況，在主中斷服務(wù)程序中，需要優(yōu)先判斷上位機(jī)所提供的速度指令與運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)情況，能根據(jù)速度值變化，判斷直線電機(jī)加減速曲線，進(jìn)而參照標(biāo)準(zhǔn)的曲線獲得目標(biāo)電壓值，并依靠獲取的目標(biāo)電壓值參數(shù)，判斷三相全橋開(kāi)關(guān)的開(kāi)通時(shí)間，生成PWM信號(hào)。（3）ACD中斷服務(wù)程序，并采取直線電機(jī)線電壓、運(yùn)行速度等參數(shù)，在獲得參數(shù)數(shù)據(jù)后將其更新至數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，當(dāng)ADC中斷服務(wù)程序結(jié)束后，將解決通信異常的問(wèn)題，若發(fā)現(xiàn)累計(jì)實(shí)現(xiàn)沒(méi)有達(dá)到標(biāo)定值后，則程序會(huì)進(jìn)入到軟件保護(hù)子程序中，此時(shí)列車停止運(yùn)行[2]。

2.2.3 測(cè)試與結(jié)果評(píng)價(jià)

為了判斷上述系統(tǒng)的應(yīng)用性能，采用直線電機(jī)母線壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。按照直線電機(jī)變頻調(diào)速控制方法展開(kāi)測(cè)試后，研究結(jié)果顯示，直線電機(jī)運(yùn)行頻率數(shù)值資料可以發(fā)現(xiàn)，本組研究中，發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)基本重合，這表明在整個(gè)數(shù)據(jù)傳統(tǒng)過(guò)程中，無(wú)數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，列車保持良好運(yùn)行狀態(tài)，直線電機(jī)控制是可行的。

3 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)闡述了現(xiàn)代直線電機(jī)控制關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行分析。從研究結(jié)果來(lái)看，本文所介紹的控制系統(tǒng)能滿足直線電機(jī)控制中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，并且控制效果良好，列車運(yùn)行穩(wěn)定，證明該技術(shù)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬(wàn)山明，吳芳，黃聲華.基于高頻電壓信號(hào)注入的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，28（33）：82-86.

[2]廖勇，沈朗，姚駿，等.改進(jìn)的面貼式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2015，13（2）：203-207.