直线电机控制系统设计(附件)
电机在现代工业控制领域的应用越来越广泛，调速作为控制系统的一个重要环节，对其的研究和设计也越来越显得尤为重要。传统旋转电机系统的性能在直线运动领域一直得不到改善，直线电机与其相比，取消了中间的传递转换装置，具有结构简单、效率高、损耗小等诸多优势，逐渐成为调速系统控制的主要研究对象。本论文介绍了直线电机结构特点和相关理论，在此基础上建立了系统的数学模型，分析了直线电机调速系统的控制原理，采用了矢量控制方式，设计了系统的硬件部分，并对控制系统的主要模块进行设计和选型，在基于SVPWM调节技术下，利用了Matlab/Simulink软件建立了直线电机的调速控制系统仿真模型，并对其结果进行分析，验证所设计的控制系统方案的可行性。关键词 直线电机，矢量控制，调速控制系统，SVPWM调制
目 录
1 绪论1
1.1 直线电机的背景及意义1
1.2 直线电机的国内外现状1
1.3 直线电机的结构及工作原理3
1.4 直线电机的分类5
1.5 直线电机的选择6
1.6 主要研究内容7
2 直线电机的控制策略7
2.1 直线电机的控制方式7
2.2 直线电机控制方式的选择7
2.3 直线电机调速的基本原理8
2.4 直线电机矢量控制的基本原理9
3 直线电机控制系统的建模10
3.1 直线电机数学模型的建立10
3.2 直线电机的数学模型12
3.3 速度环和电流环控制器模块的建立13
3.4 坐标转换模块的建立13
3.5 SVPWM模块的建立14
4 直线电机硬件的设计及选择18
4.1 硬件的设计及选择18
4.2 功率驱动电路19
4.3 DSP外围电路21
4.4 电流检测部分22
5 直线电机仿真结果及分析23
5.1 仿真模型的建立23
5.2 仿真结果的分析24
结论27
致谢28
参考文献29
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
第1章 绪论
1.1 直线电机的背景及意义
随着现代人们生产生活的快速发展，传统的旋转电机已经不再满足人们在生产上的需求，从20世纪下半叶直线电机问世以来，得到了人们越来越多的重视。直线电机的出现可以看成是由旋转电机进一步演化得来的，运动过程中不需要借助任何的转换传动装置，能直接进行直线的运动，它结构上相当于是由旋转电机在其径向的方向上剖开，在将圆弧拉成直线得来的[1]。传统的旋转电机需要借助多个中间装置才能使其达到直线运动的效果，因为这些中间装置的存在，使得电机的损耗大，效率低，同时各个装置间的干扰较大。而直线电机的出现解决了旋转电机长期带来的困扰，它采用的直接驱动方式跳过了复杂的中间过程，让直线电机的构造变得愈加简化，体积变小，成本降低，同时使得直线电机能够更加可靠的运转，另外直线电机没有中间传递装置，所以装置之间的摩擦减少，损耗减低，提高了传递效率[2]。
到现在为止，直线电机被越来越普遍的利用，特别是把直线电机在数控机床上的应用最为明显。我国的直线电机在数控机床上的技术水平较发达国家还是存在很大距离，我国曾在相关科技文件中表明直线电机在数控机床上的应用是未来发展的必要经过，直线电机的巨大意义可由此看出。然而直线电机的缺点还是存在的，例如直线电机的铁心两端存在着端部效应，绕组齿槽件的电磁耦合等干扰因素，这些因素的存在增加了直线电机在控制方面的难度，所以对直线电机控制方面的研究对直线电机未来的发展有着重要的地位[2]。
1.2 直线电机的国内外现状
直线电机最先是在1840年由惠斯登提出，同时直线电机最初的样式也是由其制作的，直到今天，已经经历了160多年，在这160多年里，其间经历了直线电机的探索实验、开发应用和使用商品化三个阶段。从1840年到1955年这116年里，直线电机被从最先的假设到后来的试验，再从试验到开始应用逐渐的成长起来。虽然中间经历了无数次的失败，但却阻止不了人类对未知领域强烈探求的渴望，因而有了今天的直线电机。把直线电机应用在织布机上是美国人在1890年提出来的，同时还申请了专利，但是由于时代格局的限制，在二十多年的实验下还是没有成功。在1905年开始有人提出在火车上应用直线电机，这些想法给后来研究人员提供了一个重要的路径，欧洲的许多国家在经过十几年的努力下，在这方面取得了一定的成就[3]。
从1930年到1940年这10年里，直线电机的实验开始被人们钻研，这个过程让人们对直线电机的理解更加深入，大量的试验信息和经验被科学人员在辛苦努力下得到，这些数据和经验为后来直线电机在实际生产中的应用提供了结实的基础。例如1945年第一电力牵引的飞机弹射器被美国人研发出来，同年英国制造了发射导弹的装置等，是采用直线电机的原理[2]。但在后面的十几年里，人们对直线电机的探索未能找到自己的使用领域，所以在与旋转电机的竞争中被旋转电机抢占了先机。
1955年以后，直线电机在新的材料的出现以及相关技术的急速发展下存活了下来，这个阶段里直线电机进入了全面发展的时段。与此同时，直线电机的研究热潮又一次兴起。此外，直线电机的专利申请数量也在迅速增加。这个时期，在相关的技术控制和新材料的发展下，直线电机相关的技术设备也被逐渐的制造出来，同时在生产生活中的到广泛的使用。
从1971年以后，直线电机走进了自主应用的阶段，一条适合直线电机自身发展的道路被人们探索出来。例如1993年，德国展示了世上第一台直线电机驱动数控机床，直线电机在数控机床上应用的成功为其开创了先例，欧洲的许多国家都研发了自己的直线电机数控机床产品。同时在时代的发展下，直线电机发展的原动力在人们观念的改变及生产的需求下被提供出来，这一时期很多直线电机的产品被制造出来。
与国外相比，直线电机在我国的探索研究起步较晚，从上个世纪60年代才开始对直线电机进行研究，七八十年代直线电机发展虽然较慢，但却有了一定成熟的研究经验，但在其后期有了较快的发展。有很多的学校和研究单位都很热情的投入到直线电机的研究中。例如在1972年《直线感应电机》英文版最先被浙江大学最先翻译了，之后上海大学等又出版了一些关于直线电机翻译的书籍。1979年，直线测速发电机被上海微电机研究所研发出了，1984年，中国电工技术学会直线电机研究小组成立，第一次会议在南宁召开1986，此会议标志着我国直线电机的研究走上了一个新的台阶。近几年，直线电机在科研人员的努力下被重视了，许多直线电机和直线电机的设备被研发出来，并在我们的生产生活中得到了广泛的使用[4,5]。
目 录
1 绪论1
1.1 直线电机的背景及意义1
1.2 直线电机的国内外现状1
1.3 直线电机的结构及工作原理3
1.4 直线电机的分类5
1.5 直线电机的选择6
1.6 主要研究内容7
2 直线电机的控制策略7
2.1 直线电机的控制方式7
2.2 直线电机控制方式的选择7
2.3 直线电机调速的基本原理8
2.4 直线电机矢量控制的基本原理9
3 直线电机控制系统的建模10
3.1 直线电机数学模型的建立10
3.2 直线电机的数学模型12
3.3 速度环和电流环控制器模块的建立13
3.4 坐标转换模块的建立13
3.5 SVPWM模块的建立14
4 直线电机硬件的设计及选择18
4.1 硬件的设计及选择18
4.2 功率驱动电路19
4.3 DSP外围电路21
4.4 电流检测部分22
5 直线电机仿真结果及分析23
5.1 仿真模型的建立23
5.2 仿真结果的分析24
结论27
致谢28
参考文献29
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
第1章 绪论
1.1 直线电机的背景及意义
随着现代人们生产生活的快速发展，传统的旋转电机已经不再满足人们在生产上的需求，从20世纪下半叶直线电机问世以来，得到了人们越来越多的重视。直线电机的出现可以看成是由旋转电机进一步演化得来的，运动过程中不需要借助任何的转换传动装置，能直接进行直线的运动，它结构上相当于是由旋转电机在其径向的方向上剖开，在将圆弧拉成直线得来的[1]。传统的旋转电机需要借助多个中间装置才能使其达到直线运动的效果，因为这些中间装置的存在，使得电机的损耗大，效率低，同时各个装置间的干扰较大。而直线电机的出现解决了旋转电机长期带来的困扰，它采用的直接驱动方式跳过了复杂的中间过程，让直线电机的构造变得愈加简化，体积变小，成本降低，同时使得直线电机能够更加可靠的运转，另外直线电机没有中间传递装置，所以装置之间的摩擦减少，损耗减低，提高了传递效率[2]。
到现在为止，直线电机被越来越普遍的利用，特别是把直线电机在数控机床上的应用最为明显。我国的直线电机在数控机床上的技术水平较发达国家还是存在很大距离，我国曾在相关科技文件中表明直线电机在数控机床上的应用是未来发展的必要经过，直线电机的巨大意义可由此看出。然而直线电机的缺点还是存在的，例如直线电机的铁心两端存在着端部效应，绕组齿槽件的电磁耦合等干扰因素，这些因素的存在增加了直线电机在控制方面的难度，所以对直线电机控制方面的研究对直线电机未来的发展有着重要的地位[2]。
1.2 直线电机的国内外现状
直线电机最先是在1840年由惠斯登提出，同时直线电机最初的样式也是由其制作的，直到今天，已经经历了160多年，在这160多年里，其间经历了直线电机的探索实验、开发应用和使用商品化三个阶段。从1840年到1955年这116年里，直线电机被从最先的假设到后来的试验，再从试验到开始应用逐渐的成长起来。虽然中间经历了无数次的失败，但却阻止不了人类对未知领域强烈探求的渴望，因而有了今天的直线电机。把直线电机应用在织布机上是美国人在1890年提出来的，同时还申请了专利，但是由于时代格局的限制，在二十多年的实验下还是没有成功。在1905年开始有人提出在火车上应用直线电机，这些想法给后来研究人员提供了一个重要的路径，欧洲的许多国家在经过十几年的努力下，在这方面取得了一定的成就[3]。
从1930年到1940年这10年里，直线电机的实验开始被人们钻研，这个过程让人们对直线电机的理解更加深入，大量的试验信息和经验被科学人员在辛苦努力下得到，这些数据和经验为后来直线电机在实际生产中的应用提供了结实的基础。例如1945年第一电力牵引的飞机弹射器被美国人研发出来，同年英国制造了发射导弹的装置等，是采用直线电机的原理[2]。但在后面的十几年里，人们对直线电机的探索未能找到自己的使用领域，所以在与旋转电机的竞争中被旋转电机抢占了先机。
1955年以后，直线电机在新的材料的出现以及相关技术的急速发展下存活了下来，这个阶段里直线电机进入了全面发展的时段。与此同时，直线电机的研究热潮又一次兴起。此外，直线电机的专利申请数量也在迅速增加。这个时期，在相关的技术控制和新材料的发展下，直线电机相关的技术设备也被逐渐的制造出来，同时在生产生活中的到广泛的使用。
从1971年以后，直线电机走进了自主应用的阶段，一条适合直线电机自身发展的道路被人们探索出来。例如1993年，德国展示了世上第一台直线电机驱动数控机床，直线电机在数控机床上应用的成功为其开创了先例，欧洲的许多国家都研发了自己的直线电机数控机床产品。同时在时代的发展下，直线电机发展的原动力在人们观念的改变及生产的需求下被提供出来，这一时期很多直线电机的产品被制造出来。
与国外相比，直线电机在我国的探索研究起步较晚，从上个世纪60年代才开始对直线电机进行研究，七八十年代直线电机发展虽然较慢，但却有了一定成熟的研究经验，但在其后期有了较快的发展。有很多的学校和研究单位都很热情的投入到直线电机的研究中。例如在1972年《直线感应电机》英文版最先被浙江大学最先翻译了，之后上海大学等又出版了一些关于直线电机翻译的书籍。1979年，直线测速发电机被上海微电机研究所研发出了，1984年，中国电工技术学会直线电机研究小组成立，第一次会议在南宁召开1986，此会议标志着我国直线电机的研究走上了一个新的台阶。近几年，直线电机在科研人员的努力下被重视了，许多直线电机和直线电机的设备被研发出来，并在我们的生产生活中得到了广泛的使用[4,5]。
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