面向电磁弹射器无铁心永磁直线电机及其控制方法的研究.pdf

国内图书分类号: 学校代码: 10213 国际图书分类号: 621 密级:公开工学硕士学位论文面向电磁弹射器的无铁心永磁直线电机及其 控制方法研究 硕士研究生: 宋益明 导 师: 郝双晖 教授 申请学位: 工学硕士 学科: 机械设计及理论 所在单位: 机电工程学院 答辩日期: 2010 年 6 月 授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: : 621 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON CORELESS PERMANENT LINEAR MOTOR AND ITS CONTROL METHOD FOR IC LAUNCHER Candidate : Song Yiming Supervisor : Prof. Hao Shuanghui Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Mechanical Design and Theory Affiliation : School of Mechatro nics Engineering Date of Defence : June, 2010 Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- I - 摘要电磁弹射器是随着现代海洋军事的发展而出现的一种应用于航母舰载机弹射起飞的装备,它的主体是一台大功率直线电机。随着永磁直线同步电机的快速发展,其在电磁弹射器上得到了越来越广泛的应用。而我国对电磁弹射器相关技术的研究才刚刚起步,本文针对电磁弹射器的直线电机及控制方法展开理论研究,这对未来电磁弹射器驱动系统的开发具有重要意义。电磁弹射器的发展现状表明, 目前对电磁弹射器的直线电机研究主要是围绕有铁心永磁直线同步电机展开的。这种结构的不足主要体现在高速作业阶段直线电机的运行效率低。针对此问题,本文构建了一种在低速段和高速段分别采用有铁心和无铁心永磁直线同步电机组合的电磁弹射器直线电机总体结构。为降低电机设计制造难度, 基于模块化思想提出对小功率单元无铁心永磁直线同步电机进行研究。首先,选择了适合于模块化设计的绕组方案。利用解析法对电机的气隙磁场进行分析,并推导了其在矢量控制下的推力模型。然后,分析电机动子极距对电磁推力的影响规律,确定了电机的动子极距方案。基于有限元法,利用仿真软件对无铁心永磁直线同步电机的电磁场进行分析,研究了不同电磁结构参数对电机电磁推力特性的影响规律。同时,还以推力大、波动小为优化目标对电机的结构参数进行了选择。并在此基础上,对直线电机的气隙磁场进行动态仿真分析, 研究了无铁心永磁直线同步电机气隙磁场的分布特点。针对电磁弹射器的特殊应用场合, 本文还对直线电机的自律分散控制方法进行了研究。建立了这种控制方式下的电机数学模型。在此基础上,建立了直线电机的解耦控制模型并对自律分散控制器的电流环进行了设计。最后,对绕组某些模块开路故障后进行了电流补偿分析, 并进行了仿真实验。保证了开路故障前后的定子总磁动势不变,进而保持故障前后的推力恒定。关键词:电磁弹射器;无铁心永磁直线同步电机;有限元法;自律分散控制;电流补偿哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- II - Abstract The ic launcher which emerged with the modern marine military development is used to launch off aircra ft form the carrier. The principal is a high-power linear motor. As the fast development of permanent linear synchronous motor (PMLSM), it is getting more and mo re popularity in the ic launcher. But in our co untry, the research on ic launcher’s related technology is just beginn ing. Aims at the linear motor and c