为了同时实现应用于步进扫描投影光刻机中的长行程直线电机的高推力密度、低推力波动和低铜损耗,提出了基于多种群遗传算法(multiple population genetic algorithm,MPGA)的环形绕组形式无铁心永磁直线同步电机(air-corepermanent magne...为了同时实现应用于步进扫描投影光刻机中的长行程直线电机的高推力密度、低推力波动和低铜损耗,提出了基于多种群遗传算法(multiple population genetic algorithm,MPGA)的环形绕组形式无铁心永磁直线同步电机(air-corepermanent magnet linear synchronous motor,ACPMLSM)多目标优化设计方法。在建立磁场分析模型的基础上,推导了关键参数的解析表达式。以永磁体、环形绕组的尺寸为变量,以推力体积比、电机常数和推力波动为优化目标,提出了基于权重系数的多目标优化函数,应用搜索能力强、收敛速度快的多种群遗传算法优化电机的结构尺寸。结果表明,在不同的权重系数下,MPGA得到的电机优化设计结果与设计目标具有良好的一致性。有限元仿真和实验结果证明了所提方法的有效性和可行性。展开更多
目的力角特性是永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)运行稳定性的重要特性,是评价电机性能和控制电机的依据。但在低频工况下,PMLSM的力角特性因电枢电阻的影响而存在偏移现象,进而导致利用现有忽略电...目的力角特性是永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)运行稳定性的重要特性,是评价电机性能和控制电机的依据。但在低频工况下,PMLSM的力角特性因电枢电阻的影响而存在偏移现象,进而导致利用现有忽略电枢电阻的力角特性分析计算电机低速运行特性会存在较大的偏差。为此,对PMLSM低频低速下的力角特性偏移原因及其影响规律展开深入研究,并确定力角特性偏移的临界条件。方法首先,建立考虑电枢电阻的PMLSM力角特性的解析模型,分析力角特性产生偏移的原因;其次,基于建立的解析模型,通过峰值推力及其对应的功角研究不同因素对推力特性的影响规律,并建立有限元模型对分析结果进行验证。然后,利用解析法确定PMLSM力角特性产生偏移的临界条件,即当力角偏移系数k(k=X_(t)/R_(a))≥11.43可以近似认为峰值推力对应的功角等于90°,可以忽略力角偏移现象;最后,搭建PMLSM样机测试平台,将有限元结果、实验结果与理论分析进行比较,验证推力特性曲线产生偏移的原因和临界条件。结果研究发现,与常用的忽略电枢电阻的力角特性相比,PMLSM力角特性向左偏移。力角特性偏移现象会导致两方面的影响,一是导致推力和电枢电流的关系不单调,出现小负载的电流比大负载的还要大的现象,二是低频运行时峰值推力减小,因此低频时不能保持恒推力运行。结论研究结果对PMLSM的设计和精确控制具有重要的参考价值。展开更多
为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰...为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰动和参数失配的PMLSM数学模型;其次,设计级联线性-非线性扩张状态观测器来实时估计和补偿系统所受的不确定扰动,前级线性扩张状态观测器保证系统在大扰动下保持稳定,后级非线性扩张状态观测器利用非线性机制进一步提高系统对扰动的估计精度,从而将线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制的优势相结合,以此提升系统的速度跟踪性能和抗扰动能力;并且,对所提控制器提出基于劳斯判据的稳定性分析方法,并对系统的抗扰性能和噪声抑制性能进行了频域分析;最后,对基于PI控制、级联线性自抗扰控制、非线性自抗扰控制和级联线性-非线性自抗扰控制的永磁直线同步电机系统进行仿真和实验对比,验证所提方法的优越性。展开更多
为了解决永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)运行过程中对系统参数扰动及端部效应等不确定因素敏感的问题,提出了一种PMLSM的非线性鲁棒控制方法。利用反馈线性化的思想,对PMLSM数学模型进行变换得到...为了解决永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)运行过程中对系统参数扰动及端部效应等不确定因素敏感的问题,提出了一种PMLSM的非线性鲁棒控制方法。利用反馈线性化的思想,对PMLSM数学模型进行变换得到包含不确定因素的准线性化且解耦的模型。采用msat函数的思想方法,设计了固定边界层滑模控制器,确保系统鲁棒性。同时给出了力观测器的设计方法估计新模型中未知的负载力。不需要知道系统参数的精确数值,通过确定其范围就可以使控制器得到良好的鲁棒性。仿真与实验结果均验证了文中所提出方法的正确性和控制策略的有效性。展开更多
文摘为了同时实现应用于步进扫描投影光刻机中的长行程直线电机的高推力密度、低推力波动和低铜损耗,提出了基于多种群遗传算法(multiple population genetic algorithm,MPGA)的环形绕组形式无铁心永磁直线同步电机(air-corepermanent magnet linear synchronous motor,ACPMLSM)多目标优化设计方法。在建立磁场分析模型的基础上,推导了关键参数的解析表达式。以永磁体、环形绕组的尺寸为变量,以推力体积比、电机常数和推力波动为优化目标,提出了基于权重系数的多目标优化函数,应用搜索能力强、收敛速度快的多种群遗传算法优化电机的结构尺寸。结果表明,在不同的权重系数下,MPGA得到的电机优化设计结果与设计目标具有良好的一致性。有限元仿真和实验结果证明了所提方法的有效性和可行性。
文摘目的力角特性是永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)运行稳定性的重要特性,是评价电机性能和控制电机的依据。但在低频工况下,PMLSM的力角特性因电枢电阻的影响而存在偏移现象,进而导致利用现有忽略电枢电阻的力角特性分析计算电机低速运行特性会存在较大的偏差。为此,对PMLSM低频低速下的力角特性偏移原因及其影响规律展开深入研究,并确定力角特性偏移的临界条件。方法首先,建立考虑电枢电阻的PMLSM力角特性的解析模型,分析力角特性产生偏移的原因;其次,基于建立的解析模型,通过峰值推力及其对应的功角研究不同因素对推力特性的影响规律,并建立有限元模型对分析结果进行验证。然后,利用解析法确定PMLSM力角特性产生偏移的临界条件,即当力角偏移系数k(k=X_(t)/R_(a))≥11.43可以近似认为峰值推力对应的功角等于90°,可以忽略力角偏移现象;最后,搭建PMLSM样机测试平台,将有限元结果、实验结果与理论分析进行比较,验证推力特性曲线产生偏移的原因和临界条件。结果研究发现,与常用的忽略电枢电阻的力角特性相比,PMLSM力角特性向左偏移。力角特性偏移现象会导致两方面的影响,一是导致推力和电枢电流的关系不单调,出现小负载的电流比大负载的还要大的现象,二是低频运行时峰值推力减小,因此低频时不能保持恒推力运行。结论研究结果对PMLSM的设计和精确控制具有重要的参考价值。
文摘为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰动和参数失配的PMLSM数学模型;其次,设计级联线性-非线性扩张状态观测器来实时估计和补偿系统所受的不确定扰动,前级线性扩张状态观测器保证系统在大扰动下保持稳定,后级非线性扩张状态观测器利用非线性机制进一步提高系统对扰动的估计精度,从而将线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制的优势相结合,以此提升系统的速度跟踪性能和抗扰动能力;并且,对所提控制器提出基于劳斯判据的稳定性分析方法,并对系统的抗扰性能和噪声抑制性能进行了频域分析;最后,对基于PI控制、级联线性自抗扰控制、非线性自抗扰控制和级联线性-非线性自抗扰控制的永磁直线同步电机系统进行仿真和实验对比,验证所提方法的优越性。
文摘为了解决永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)运行过程中对系统参数扰动及端部效应等不确定因素敏感的问题,提出了一种PMLSM的非线性鲁棒控制方法。利用反馈线性化的思想,对PMLSM数学模型进行变换得到包含不确定因素的准线性化且解耦的模型。采用msat函数的思想方法,设计了固定边界层滑模控制器,确保系统鲁棒性。同时给出了力观测器的设计方法估计新模型中未知的负载力。不需要知道系统参数的精确数值,通过确定其范围就可以使控制器得到良好的鲁棒性。仿真与实验结果均验证了文中所提出方法的正确性和控制策略的有效性。
