自动门直线电机控制系统设计

论文总字数：21896字

摘 要

第一章 绪论 1

1.1研究课题的背景及意义 1

1.2 直线电机的原理与发展现状 1

1.3 相关控制技术的发展现状 4

1.4 本课题的主要工作 4

第二章 永磁直线同步电机的模型搭建 5

2.1 电机内部的等量关系式推导 5

2.2 PERMANENT MAGNETIC LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR 仿真模型的建立 8

2.3 本章小结 12

3.1 SVPWM的控制信号计算法则 14

3.2 SVPWM模块仿真模型的建立 16

3.2.2 t1、t2计算模块的仿真建模 17

3.2.3 电压切换点(Ta、Tb、Tc)计算与赋值模块(assignment)模块的建模 18

3.2.4 调制输出模块(comparing unit) 19

3.3 本章小结 20

第四章 矢量控制系统的设计与仿真波形的分析 21

4.1直线永磁同步电机矢量控制模块 21

4.2 仿真结果及与预期结果的对比分析 23

4.3 本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1 总结 29

5.2 展望 29

致 谢 30

参考文献 31

摘要

16012410 李越

指导教师 余海涛

本课题的目的在于设计出适用于自动门驱动与控制的基于永磁同步直线电机的矢量控制调速系统。

设计建模包涵了以下内容

(1)对资料进行了大量的查阅，了解了国内目前有关永磁直线同步电机控制系统的发展现状、发展方向以及前人的研究成果。

(2)对研究对象PERMANENT MAGNETIC LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR 电机的几组数学模型进行归纳并提炼，然后根据数学模型中的等量关系对该永磁直线同步电机进行建模，并在simulink搭出仿真模型。

(3)对SVPWM模块内部原理和信号发生的步骤进行了查阅学习，并依据资料中的指导建立SVPWM模块的仿真模型。并对其原本数学模型的部分表达式形式进行了一些化简，并基于这些表达式对SVPWM的结构实现了略微的简化。

(4)根据id=0矢量控制策略，使用之前搭建的仿真模块，设计并搭建了由若干PI模块连成的电流-速度双闭环调速系统，并对整个系统进行了仿真调试，得到了一组与预期并不相符的结果。

(5)通过对得到的有问题的仿真结果的观察分析，发现了最开始仅根据表达式方程对PERMANENT MAGNETIC LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR 建模而产生的漏洞，并通过在电机模块中新增加了一个静止判断模块来改进这个问题，得到了预期的正确波形。

关键词：永磁同步直线电机；自动门伺服系统；交流电机矢量控制；矢量圆脉宽调制

Abstract

This task was done with the purpose of composing a speed-regulating system made of permanent-magnic-linear-synchronous motor , whitch was supposed to be used as the servo-mechanist of an electrical automatic door.

Following work was contained in process of all these design-and-modeling working period.

(1)Large sums of data was consulted , in order to get the latest situations into known on the researching of speed-regulating system with PERMANENT MAGNETIC LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR . 。

(2) The simulation model of PERMANENT MAGNETIC LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR was built based on several series of math functions whitch was summed up from the math model of the machine.

(3)Consulting and learning was conducted in fields of SVPWM , and what’s more , several simplification was made in some steps in process of math modeling of SVPWM whitch may simplified the module in some ways.

A speed-regulating system with double closed loops with ACR and ASR according to the id=0-vector control stratergy , and several PI regulator and modules built as above. But most of the output- results of the simulation was quite differ from the supposed result.

(5)The modeling problem of the PERMANENT MAGNETIC LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR was finally found by reading and analyzing the simulation result whitch was abnormal,careforly. The problem turned out to be lacking a speed-judging step of the linear-speed of the machine. The output –result became the same as what it was expected after the new module of the speed judging was added into the system.

Key words: Speed regulator；vector control system；PERMANENT MAGNETIC LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR ；Automatic door

第一章 绪论

1.1研究课题的背景及意义

随着智能技术应用的平民化，越来越多电机控制的新技术走上了日常生活的舞台，其中自动门因其方便、防风防尘，美观大方，在诸多常见的公共场所的都有应用，也因此深受研究者们的重视，如何能够使自动门越来越节能、平稳、无震动无噪声，成为企业与高校重要的研究课题。而传统的“旋转电机 滚动丝杆”的驱动源受到机械传动元件速度和加速度的物理极限的限制，难以进一步提高在高速与高精度控制领域体现的性能，相比之下，采用直线电机省略了复杂的机械转换装置，可以将电能直接转换成直线运动的机械能，提高了传动刚度，能够有效地提高传动精度和可靠性。在诸多研究者反复验证下，这确实能够有效提升驱动的效率、驱动力以及动态响应特性，从而提升自动门的性能。现在自动门已经作为当代建筑的一基本配置，广泛地应用到生活中的各种建筑场合。一款安静、安全、快速、耐用且智能的自动门系统，显然能起到通常与保暖并存，安全与美观兼备的作用，从而在不经意间就改善了人的生活质量。因此其应用前景非常开阔，本课题就着重于自动门直线电机的控制系统的设计。

对于电机的选择，则是直线感应电机(LINEAR INDUCTION MOTOR ) 、直线同步电机（LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR ）以及直线永磁磁通切换电机（LFSPERMANENT MAGNETIC）三种直线电机最为普遍。其中直线感应电机缺点是转速比较高，控制及调速比较复杂，要实现自动门的功能，传动环节必须要有相应的减速装置及转换装置，以实现减速及将旋转运动转换成自动门所需的直线运动，该系统结构复杂、维修困难、噪音也较大。效率和功率因数低于来自旋转感应电机中的经验预期；直线永磁磁通切换电机基本兼具前两者的优点，但是缺点是定位力大，可能会有较大的推力震动与噪声振动；相比之下，永磁同步直线电机，它的特点可以从字面上归纳出来：永磁即结构简单，不需要励磁线圈；且与其它不需要单独励磁回路的电机类型相比（如鼠笼型、开关磁阻）在功率密度上又有明显优势。同步即定位精度高（无静态转差率），调速精准，响应较快。而直线，相比旋转电机连接丝杠传动的传统形式，少了机械系统不可避免的摩擦损耗、机械形变、工艺限制和维护成本等问题。当然与这些优点相对应的是其控制系统相对的复杂性，和直线电机初期成本高，但是这种缺陷却也是所有直线电机共有的，所以PERMANENT MAGNETIC LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR 相比其它直线电机更具优越性，因此本课题确定了使用永磁直线同步电机。

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