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学位论文

永磁直线无刷直流电机端部力的分析

薛雅洁

指导教师姓名: 黄文美副教授河北工业大学
申请学位级别: 硕士学科、专业名称: 电气工程
论文提交日期: 2011 年 12 月论文答辩日期: 2011 年 12 月
学位授予单位:河北工业大学

答辩委员会主席:
评阅人:

2011 年 12 月
Thesis Submitted to
Hebei University of Technology
for
The Master Degree of
Electrical Engineering

ANALYSIS OF END FORCE FOR
LINEAR PERMANENT BRUSHLESS DC MOTOR

By
Xue Yajie

Supervisor: Associate Prof. Huang Wenmei

December 2011
河北工业大学硕士学位论文
永磁直线无刷直流电机端部力的分析
摘要
永磁直线无刷直流电机将电能直接转化为直线运动,并省略了中间的传动转换环节,
相较于传统的旋转电机,负载可以由进给系统直接驱动,具有速度快、精度高等优点。另
外,无刷直流电机采用位置传感器和功率电子开关(逆变器),代替了机械换向器,具有精
度高、易于控制、便于维护等优点,也具有直流电机优良的运行性能。
但是,永磁直线无刷直流电机也有不足之处。其特殊结构引起的端部效应等问题产生
了推力波动,严重影响了电机系统精度问题。这样制约了直线电机应用于工业实践中。因
此,本文主要以削弱由端部力引起的推力波动问题为核心,对端部力产生的原因进行了分
析和计算,并结合结构优化和控制策略补偿两方面进行了仿真实验。
本文首先从设计角度对永磁直线无刷直流电机端部力进行了研究,运用麦克斯韦张量
法对端部力进行了分析,并且建立了计算 LPMBDCM 端部力的有限元分析模型,对端部力
进行了计算,最终设计了削弱端部力的最优结构。
其次,本文根据电机理论和 matlab 仿真技术,运用矢量控制原理,对 LPMBDCM 运
动模型进行分析,搭建了基于电压空间矢量脉宽调制的永磁直线无刷直流电机伺服控制系
统模型,由于推力波动对电机速度的精度和平稳性影响较大,在模型中又加入了速度环滑
模控制器。因此,最终系统采用电流环、速度环双闭环控制系统,对系统的扰动问题有很
大改善。
本文基于上述的理论分析,利用 ansoft 有限元分析软件和 matlab 软件对电机模型进行
了仿真实验,结果分别验证了理论分析的正确性。

关键词:永磁直线无刷直流电机,推力波动,端部效应,电压空间矢量控制,滑模控制
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永磁直线无刷直流电机端部力的分析
ANALYSIS OF END FORCE FOR
LINEAR PERMANENT BRUSHLESS DC MOTOR
ABSTRACT
Linear permanent brushless dc motor transforms electric energy directly into
mechanical energy, which omitted transmission shifting device. Compare to the rotation of the
traditional motor, the lode can be drove directly by feeding system, high speed and high
precision are the advantages. In addition, brushless dc motor using position sensor and power
electronic switch(inverter),instead of the mutation, with the characteristics are
high precision, easily control, convenient in maintenance, also with the excellent performance.
But, LPMBDCM also had the deficiency. The end effect caused by sp