混合励磁直线同步电动机悬浮牵引控制器设计
史黎明1，谢吉1,2
(1.中国科学院电工研究所，北京100080；2.中国科学院研究生院，北京100080)
摘要：分析了电磁永磁混合磁体直线同步电动机的悬浮力和牵引力。励磁磁极与电枢之问悬浮力的关系可以分解为三部分，其中励磁磁场和电枢磁场之间相互作用的法向分量产生悬浮力，切向分量产生牵引力。在此基础上导出了实现悬浮力与牵引力独立控制的算法并设计了悬浮与牵引控制器。电机磁场定向驱动控制中，通过实施对定子d轴电流的零控制可以****程度减小对悬浮的影响。实验结果表明控制效果令人满意。
关键词：混合磁体；直线同步电动机；解耦控制方法；磁场定同控制
中图分类号：TM359.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7018（2008）07-0039-03
O 引 言
混合磁体直线同步电动机采用永磁材料加电磁绕组的混合方式励磁，用高磁能积的永磁体产生的吸引力可以平衡部分甚至全列车负载重量，从而使悬浮时励磁电流大大减少，励磁损耗显著降低[1,3]。
通常，悬浮力和牵引力是通过磁体励磁电流和定子电枢电流分别单独控制的。但是通过分析气隙中的空间磁场，可知这两个力相互耦合在一起[4,5]。定子电枢电流的幅值及与励磁磁体之间的相位关系会影响悬浮力和牵引力。悬浮气隙的改变也会影响驱动控制。本文提出了悬浮力和牵引力的解耦控制算法，采用令d轴电流等于零的矢量控制可以基本消除电枢电流对悬浮力的影响。
图1为研制的四点电磁永磁混合磁体悬浮与牵引系统试验模型车装置实物照片。系统包括6 m长的双边长定子轨道、悬浮架装置、牵引系统三部分。额定悬浮间隙12.5 mm，悬浮总重量约130kg。
1 混合磁体直线同步电动机力的分析
混合磁体直线同步电动机励磁磁体与电枢之间产生两种力，即垂直方向的悬浮力和水平方向的牵引力。图2为研制的混合磁体直线同步电动机的一个磁体和电枢结构。
电磁永磁混合磁体悬浮牵引系统的悬浮力和牵引力可以通过磁场分层模型理论得到[3,4]。考虑混合磁直线同步电机的凸极效应，则牵引力和悬浮力可以分别表示为：
2 悬浮力和牵引力控制器设计
为了实现对该悬浮车辆的良好控制，即垂直方向上稳定悬浮于某一气隙高度和水平方向上按给定的速度、位置曲线精确运行，需要控制悬浮力和牵引力互不干扰，即相互解耦。
要实现混合磁体直线同步电动机悬浮力和牵引
3 动态悬浮与牵引试验
控制实验中采用了通过调节励磁电流实现悬浮控制、调节电枢电流，并使功角为零，即id=O实现牵引控制的方案。驱动控制系统的硬件系统主要由数字信号处理器(DSP)、电机相电流检测电路、动子位置检测电路、功率驱动保护电路、上位机通讯电路、驱动单元等部分组成[7]。
图6为模型车两个磁体的悬浮气隙和对应的励磁电流波形。示波器横轴刻度为10/格。模型车从初始气隙位置18.2 mm开始起浮，稳定悬浮至目标 |
