混合勵磁直線同步電動機懸浮牽引控制器設計
史黎明1，謝吉1,2
(1.中國科學院電工研究所，北京100080；2.中國科學院研究生院，北京100080)
摘要：分析了電磁永磁混合磁體直線同步電動機的懸浮力和牽引力。勵磁磁極與電樞之問懸浮力的關系可以分解為三部分，其中勵磁磁場和電樞磁場之間相互作用的法向分量產生懸浮力，切向分量產生牽引力。在此基礎上導出了實現懸浮力與牽引力獨立控制的算法并設計了懸浮與牽引控制器。電機磁場定向驅動控制中，通過實施對定子d軸電流的零控制可以****程度減小對懸浮的影響。實驗結果表明控制效果令人滿意。
關鍵詞：混合磁體；直線同步電動機；解耦控制方法；磁場定同控制
中圖分類號：TM359.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7018（2008）07-0039-03
O 引 言
混合磁體直線同步電動機采用永磁材料加電磁繞組的混合方式勵磁，用高磁能積的永磁體產生的吸引力可以平衡部分甚至全列車負載重量，從而使懸浮時勵磁電流大大減少，勵磁損耗顯著降低[1,3]。
通常，懸浮力和牽引力是通過磁體勵磁電流和定子電樞電流分別單獨控制的。但是通過分析氣隙中的空間磁場，可知這兩個力相互耦合在一起[4,5]。定子電樞電流的幅值及與勵磁磁體之間的相位關系會影響懸浮力和牽引力。懸浮氣隙的改變也會影響驅動控制。本文提出了懸浮力和牽引力的解耦控制算法，采用令d軸電流等于零的矢量控制可以基本消除電樞電流對懸浮力的影響。
圖1為研制的四點電磁永磁混合磁體懸浮與牽引系統試驗模型車裝置實物照片。系統包括6 m長的雙邊長定子軌道、懸浮架裝置、牽引系統三部分。額定懸浮間隙12.5 mm，懸浮總重量約130kg。
1 混合磁體直線同步電動機力的分析
混合磁體直線同步電動機勵磁磁體與電樞之間產生兩種力，即垂直方向的懸浮力和水平方向的牽引力。圖2為研制的混合磁體直線同步電動機的一個磁體和電樞結構。
電磁永磁混合磁體懸浮牽引系統的懸浮力和牽引力可以通過磁場分層模型理論得到[3,4]。考慮混合磁直線同步電機的凸極效應，則牽引力和懸浮力可以分別表示為：
2 懸浮力和牽引力控制器設計
為了實現對該懸浮車輛的良好控制，即垂直方向上穩定懸浮于某一氣隙高度和水平方向上按給定的速度、位置曲線精確運行，需要控制懸浮力和牽引力互不干擾，即相互解耦。
要實現混合磁體直線同步電動機懸浮力和牽引
3 動態懸浮與牽引試驗
控制實驗中采用了通過調節勵磁電流實現懸浮控制、調節電樞電流，并使功角為零，即id=O實現牽引控制的方案。驅動控制系統的硬件系統主要由數字信號處理器(DSP)、電機相電流檢測電路、動子位置檢測電路、功率驅動保護電路、上位機通訊電路、驅動單元等部分組成[7]。
圖6為模型車兩個磁體的懸浮氣隙和對應的勵磁電流波形。示波器橫軸刻度為10/格。模型車從初始氣隙位置18.2 mm開始起浮，穩定懸浮至目標 |
