第29卷第9期中国电机工程学报Vol.29No.9Mar.25,2009982009年3月25日ProceedingsoftheCSEE©2009Chin.Soc.forElec.Eng.文章编号:0258-8013(200909-0098-06中图分类号:TM351;TM359文献标志码:A学科分类号:47040⋅永磁直线电机精确相变量建模方法曾理湛1,陈学东1,李长诗2,农先鹏1,伞晓刚1(1.数字制造装备与技术国家重点实验室(华中科技大学,湖北省武汉市430074;2.郑州轻工业学院机电工程学院,河南省郑州市450002AccuratePhaseVariableModelingofPMLinearMotorsZENGLi-zhan1,CHENXue-dong1,LIChang-shi2,NONGXian-peng1,SANXiao-gang1(1.StateKeyLaboratoryofDigitalManufacturingEquipment&Technology(HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,HubeiProvince,China;2.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhengzhou450002,HenanProvince,ChinaABSTRACT:Thispaperproposesageneralfiniteelement(FEbasedphasevariablemodelingmethodofpermanentmagnet(PMlinearmotorsfortheaccuratedynamicsimulationofdrivesystems.AgeneralphasevariablemodelofPMlinearmotorsisestablishedtakingaccountoftheeffectsofthenonidealgeometricalstructureonthethrustforce,inwhichthemoverpositiondependentvariablesareobtainedfromFEsolutionsusingthecubicsplineinterpolation.Consideringtheeffectofthesnubbercircuitsofthepowerelectronicdevices,anewS-functionbasedmodelingmethodisproposed,withwhichageneralsimulationmodelofPMlinearmotorsisdirectlyimplementedinSimulinkusingthestatespaceequations.SimulationresultsofaPMlinearmotordriveninbothtwo-phaseconductionmodeandid=0vectorcontrolmodeshowthattheFE-basedphasevariablemodelprovidesafast,accurateandefficientmodelingmethodfortheintegratedPMlinearmotordrivesystemsdynamicanalysis.KEYWORDS:phasevariablemodel;permanentmagnet;linearmotor;finiteelement;S-function;forceripple摘要:针对永磁直线电机控制系统的精确动态仿真,提出了一种基于有限元的永磁直线电机一般化相变量建模方法。考虑电机非理想结构对推力的影响,建立了永磁直线电机的一般化相变量模型。采用3次样条插值,根据电磁场有限元计算结果获得了模型中电感、齿槽力、永磁体产生的磁链与动子位置的关系曲线。考虑功率电子模块中吸收电路的影响,提出了一种基于S-function的仿真建模方法,根据相变量模基金项目:国家重点基础研究发展规划基金项目(973项目(2003CB716206;国家自然科学基金项目(50605025;河南省杰出人才创新基金项目(0621000300。TheNationalBasicResearchProgramofChina(973Program(2003CB716206;ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(50605025.型的状态方程直接建立了Simulink下的永磁直线电机一般化仿真模型。对某种永磁直线电机进行了两相导通控制和id=0矢量控制下的控制系统仿真实验,仿真结果表明,基于有限元的相变量模型为永磁直线电机控制系统精确动态分析提供了一种快速、有效的一般化建模方法。关键词:相变量模型;永磁;直线电机;有限元;S-函数;推力纹波0引言相对永磁旋转电机,永磁直线电机(主要包括永磁同步直线电机和直线永磁无刷直流电机具有结构简单、加速度大、控制精度高等优点,能够满足由高速、高精运动控制到大功率拖动的不同要求,在数控机床、电子制造设备、高速列车、提升设备等领域得到了广泛应用[1-5]。由于存在齿槽、铁心开断、端部半填槽等非理想结构,永磁直线电机是一种强机电耦合的直接驱动系统,存在较强的电磁推力纹波,严重影响永磁直线电机系统的控制性能[2-3]。常用永磁直线电机模型以永磁旋转电机模型[6-7]为基础,不能反映非理想结构对电机控制系统动态性能的影响。以电磁场解析、数值求解为基础,近年来已开展了大量的电机精确建模及仿真方法研究[4-5,8-14]。场路耦合模型结合了电磁场有限元模型与电路模型,可以精确分析电机非理想结构、材料非线性等因素对电机动态性能的影响[8-11]。根据场路模型求解顺序的不同又可分为直...