繞組分段永磁直線同步電機提升系統(tǒng)穩(wěn)定運行控制.pdf

1、永磁直線同步電機（Permanent magnet linear synchronous motor，PMLSM）具有永磁電機和直線電機的優(yōu)點，成為無繩提升系統(tǒng)的理想驅(qū)動源，在超深礦井提升、超高層建筑和艦載升降機等領(lǐng)域具有突出的優(yōu)越性，已成為國內(nèi)外研究的熱點。為方便安裝，節(jié)約能耗，長行程PMLSM通常采用繞組分段式結(jié)構(gòu)。對于垂直運動的繞組分段PMLSM（Segment winding PMLSM，SW-PMLSM）來說，繞組切換使得電機

2、參數(shù)變化較大，引起推力波動；位置傳感器信號丟失或繞組切換執(zhí)行機構(gòu)故障可能導致電機工作在不穩(wěn)定區(qū)域，引起電機失步，直接影響提升機的穩(wěn)定運行。本文主要開展SW-PMLSM提升系統(tǒng)的穩(wěn)定運行控制研究。
　　利用電磁場理論和分層等效模型，建立了U型PMLSM有限元模型，并進行了相關(guān)仿真研究，得到了U型PMLSM的氣隙磁場、磁密分布、反電勢、磁阻力以及推力功角特性。將電機模型分為有動子區(qū)域和無動子區(qū)域，得到了動子在不同位置時氣隙磁密的表達式

3、，進一步推導了U型PMLSM的繞組自感和互感，得到動子位置變化對電感的影響規(guī)律。基于反電勢機理，推導出了U型PMLSM感應電勢表達式，得到了動子位置變化對反電勢的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，推導了出入端效應對電磁推力的影響規(guī)律，建立了定子繞組與永磁體勵磁磁場完成耦合、不在勵磁磁場范圍、逐漸進入磁場和逐漸退出磁場4種狀態(tài)下的數(shù)學模型。
　　提出了SW-PMLSM提升系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷方法，得到了暫態(tài)穩(wěn)定運行的等面積定則。通過建立PMLSM等效

4、電路，推導了PMLSM電磁推力表達式，研究了低速PMLSM推力功角特性，得出了運行頻率、供電電壓及繞組切換故障對推力功角特性的影響規(guī)律。在李雅普諾夫運動穩(wěn)定性定義的基礎(chǔ)上，利用非線性系統(tǒng)的線性近似穩(wěn)定判斷法，建立了SW-PMLSM提升系統(tǒng)小信號模型，得到了靜態(tài)穩(wěn)定性判據(jù)?；谙鄬幽苣芰糠?，提出了SW-PMLSM提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性等面積定則，得到了SW-PMLSM提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定運行需要滿足的條件。對SW-PMLSM提升系統(tǒng)定子繞組切換

5、失敗故障引起的暫態(tài)特性進行了仿真研究。得出的結(jié)論為SW-PMLSM穩(wěn)定運行控制奠定了理論基礎(chǔ)。
　　提出了一種SW-PMLSM提升系統(tǒng)繞組切換容錯控制方法。建立了位置傳感器故障模型以及繞組切換執(zhí)行機構(gòu)故障模型。通過檢測相鄰位置傳感器“跳變沿”觸發(fā)順序以及相鄰觸發(fā)邊沿之間的時間差的方法實現(xiàn)位置傳感器故障檢測，并利用傳感器信號之間的位置關(guān)系實現(xiàn)位置傳感器信號丟失后的容錯控制。提出了通過在線調(diào)整推力功角特性曲線的繞組切換機構(gòu)故障容錯控制