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旋转磁场电动式磁悬浮装置控制的研究

时荣超  
【摘要】: 摘要:磁悬浮列车是一种新型地面无接触高速交通工具,无污染、噪音小、能耗低、易维护、安全性高。目前的磁悬浮列车有电磁式和电动式两类,电磁式可以实现车辆静止悬浮,但悬浮控制复杂;电动式的控制比较简单,但一般只能在车辆运动时产生悬浮。近年来,为实现车辆静止的电动磁悬浮,国外提出两种方案,即永磁磁轮式和交流线圈式磁悬浮。其中,永磁磁轮式需要高速机械旋转;交流线圈式需要高频电流。我国地域辽阔、人口众多,改革开放以来,随着经济的持续发展和城市化进程的加快,发展磁悬浮交通技术是长远的打算并且有着重要的战略意义。 旋转磁场电动式磁悬浮装置是通过车载轴向磁通盘型感应电机定子和放在地面上的铝感应板相互作用来工作。这种悬浮方式更有独到之处;结构简单,维护方便;没有机械旋转,更加节能;没有机械高速旋转的噪音。 本论文从研究盘式感应电机的特性出发,在分析感应电机与旋转感应电机物理结构差异并总结前人相关研究成果的基础上,参考旋转电机常用的分析方法,给出了一种新的电磁模型,同时,利用一维磁场分析的方法得到模型的T型等效电路。横向边端效应的影响被引入计算等效气隙长度的过程,省去了等效电路中的横向边端效应系数。为了了解直线盘式感应电机运动过程中的电磁场分布情况,采用Ansoft软件对盘式感应电机电磁场进行三维有限元分析,得出并分析了气隙磁场分布曲线。 在控制策略的研究上对考虑边端效应的间接磁场定向的矢量控制方式进行了深入的研究和分析,并应用SIMULINK工具对所提出的修正了的矢量控制方案进行了仿真。 在硬件上,首先论述了系统的整体结构:功率主电路和控制电路两大部分。功率主电路由整流电路、滤波电路以及IPM功率变换模块构成。控制电路设计了基于DSP开发板的主控制器、信号采集电路(主电路电流)等,整个硬件系统结构紧凑、工作可靠。其中给出了一些重要元件的选型及参数的计算。在系统的软件设计中,首先确定了SPWM的调制方式,然后给出了DSP控制系统的主程序和重要的中断子程序的程序流程图。 最后,根据本次课题设计制作的一台样机及其驱动控制系统,进行了电机运行的实验,并取得了良好的控制信号数据波形,电机调速性能良好对电机的转速和转矩进行有效控制。


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