永磁傳動(dòng)技術(shù)論文匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇永磁傳動(dòng)技術(shù)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

中圖分類號(hào)：TH132.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）44-0093-03

在機(jī)械工程領(lǐng)域，機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械工程技術(shù)的重要組成部分，在一定程度上標(biāo)志著機(jī)械工程技術(shù)的水平。為適應(yīng)這一趨勢(shì)，人們一般從以下方面對(duì)齒輪及蝸桿傳動(dòng)展開新的研究工作。一、應(yīng)用現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)，研究開發(fā)齒輪及蝸輪新材料；二、采用先進(jìn)制造技術(shù)，不斷完善高性能齒輪及蝸輪蝸桿齒廓成型技術(shù)，提高加工精度；三、運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)齒輪及蝸輪蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行齒廓優(yōu)化、參數(shù)優(yōu)化及機(jī)構(gòu)優(yōu)化。

隨著電子、信息和控制等技術(shù)向機(jī)械工程領(lǐng)域的不斷滲透，傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)也發(fā)生了很大變化，跨越舊的機(jī)構(gòu)組成概念，實(shí)現(xiàn)機(jī)電和控制有機(jī)結(jié)合的新型復(fù)合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已成為機(jī)械科學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際性前沿課題。機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)是一種集電、機(jī)、控制于一體的新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)由行星輪、環(huán)面蝸桿、環(huán)面定子和行星架組成。由于在結(jié)構(gòu)上它具有蝸桿上一個(gè)外環(huán)面和定子上一個(gè)內(nèi)環(huán)面兩個(gè)環(huán)面，所以稱其為超環(huán)面。同時(shí)，由于它是由電磁力替代了超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的接觸嚙合力，所以稱其為超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。蝸桿環(huán)面上均勻分布螺旋槽，槽內(nèi)安放電磁線圈，行星輪圓周上均勻安放弧形永磁體，環(huán)面定子內(nèi)環(huán)面上均勻安置螺旋形永磁體。

與現(xiàn)有的超環(huán)面行星傳動(dòng)相比，它不僅具有環(huán)面蝸桿傳動(dòng)震動(dòng)小、嚙合齒數(shù)多、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、承載力高、傳動(dòng)功率及傳動(dòng)比范圍廣和傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)，它在工作時(shí)，是用磁場(chǎng)力替代嚙合力，具有無(wú)嚙合、無(wú)和效率高等優(yōu)點(diǎn)。超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在工作時(shí)需要配帶電動(dòng)機(jī)，而超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不需要配帶電動(dòng)機(jī)。

在超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)的加工制造方面，國(guó)內(nèi)外的專家、學(xué)者一直在進(jìn)行著不停的研究和探索。我國(guó)武漢水運(yùn)工程學(xué)院陳定方教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)姚立綱博士都對(duì)該種傳動(dòng)的制造加工進(jìn)行了深入的研究。燕山大學(xué)許立忠教授于1999年制成國(guó)內(nèi)首臺(tái)滾錐齒超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)試驗(yàn)樣機(jī)，進(jìn)行了臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，并取得良好的試驗(yàn)效果[6]，之后又對(duì)滾錐齒超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效的減小了樣機(jī)的體積和質(zhì)量[7]。

實(shí)踐證明， 超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有著其他機(jī)構(gòu)所不具備的很多優(yōu)點(diǎn)。隨著永磁傳動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展，用磁力線嚙合代替機(jī)械嚙合成為解決摩擦損耗的一個(gè)新思路。在實(shí)際的加工生產(chǎn)過程中，電動(dòng)機(jī)可以有效的將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通常也作為驅(qū)動(dòng)的目的使用，磁性是電動(dòng)機(jī)工作的基礎(chǔ)。

電動(dòng)機(jī)是工業(yè)中的重負(fù)荷機(jī)器，有很多類型的電動(dòng)機(jī)，每種類型的電動(dòng)機(jī)都有自己各自的特征和優(yōu)點(diǎn)。有些電動(dòng)機(jī)是以恒定速度運(yùn)行的，還有一些電動(dòng)機(jī)會(huì)隨著負(fù)載的增加，在速度上有一定的滑落，而另一些則會(huì)由于負(fù)載的原因使其速度大幅度降低。

如圖1所示為超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該機(jī)構(gòu)由定子0、行星輪1、中心蝸桿2和行星架3組成。也正是由于在結(jié)構(gòu)上它具有蝸桿2上一個(gè)外環(huán)面和定子0上一個(gè)內(nèi)環(huán)面兩個(gè)環(huán)面的原因才稱之為超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)。

中心蝸桿2環(huán)面上均勻分布螺旋槽，槽內(nèi)安放電磁線圈，行星輪1圓周上均勻安置弧形永磁體，環(huán)形定子0內(nèi)環(huán)面上均勻安置螺旋形永磁體。由電機(jī)學(xué)和永磁理論可知在工作的時(shí)候，中心蝸桿2由硅鋼片疊加而成，外表纏有電磁線圈，接通三相交流電產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)行星輪自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，定子處也有磁場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)行星輪公轉(zhuǎn)。

永磁行星輪齒N、S極相間、均勻地嵌在行星輪的圓周上。螺旋定子由若干個(gè)鋼材或者永磁體制成的空間螺旋梁組成。螺旋梁均勻的嵌在定子支架上，用于吸引行星輪齒沿軌跡運(yùn)動(dòng)。

由于該系統(tǒng)是傳統(tǒng)意義上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和減速增矩系統(tǒng)的集成，因此該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，可以在很小的空間內(nèi)傳遞很大的扭矩，特別適合于航空和航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域以及坦克潛艇等重要軍事領(lǐng)域。

超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分，如圖2所示，主要包括電樞蝸桿、永磁行星輪、永磁定子及行星架等部件。超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)蝸桿由鐵心和電樞組成，蝸桿結(jié)構(gòu)為由開口的硅鋼片疊加而成，以便于減少渦流損耗，硅鋼片中間由一根芯軸固定，外面呈現(xiàn)超環(huán)面的內(nèi)環(huán)面部分。開口按一定的規(guī)律在內(nèi)環(huán)面上加工出電樞槽，用以安放電樞導(dǎo)線。

超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)是在超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)組成零件進(jìn)行機(jī)電組合而得到。行星輪仍然是該傳動(dòng)的中心構(gòu)件，根據(jù)行星輪的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，行星輪結(jié)構(gòu)采用永磁勵(lì)磁方式，永磁勵(lì)磁與電流勵(lì)磁相比，不需要?jiǎng)?lì)磁電流，不設(shè)電樞導(dǎo)線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可靠性高，在一定范圍內(nèi)，可以具有比電磁式更小的體積和重量，從而減小整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量和體積。

超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在行星輪圓周上安置永磁體，N、S極由隔磁材料隔開，齒數(shù)為偶數(shù)，形成永磁行星輪；為了能更好地控制輸入轉(zhuǎn)矩，蝸桿采用電流勵(lì)磁方式，三相交流電樞均勻地嵌于蝸桿表面，通過控制三相交流電的頻率和強(qiáng)弱，進(jìn)而控制整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速和力矩，電樞的纏繞方式取決于需要的磁極數(shù)目和行星輪齒數(shù)，在整體結(jié)構(gòu)上類似于電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)；為了獲得較大的輸出力矩，定子也采用稀土永磁勵(lì)磁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 便于加工， 解決了超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)定子加工難的問題。

在超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中， 分別存在兩個(gè)磁回路， 對(duì)應(yīng)于蝸桿與行星輪嚙合和定子與行星輪嚙合， 從原理上來說蝸桿與行星輪嚙合相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)， 蝸桿線圈通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)， 這樣行星輪上磁極的磁力線通過氣隙到達(dá)蝸桿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極， 蝸桿由硅鋼片疊加而成， 磁力線通過硅鋼片到達(dá)蝸桿的另一磁極，經(jīng)過氣隙回到行星輪磁極， 經(jīng)過行星輪體完成磁力線的閉合。

超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)就是能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)部減速，可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比。我們把系統(tǒng)的傳動(dòng)比定義為：輸入的旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與輸出軸轉(zhuǎn)速之比[1]。超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算分成兩種情況：環(huán)面定子固定和行星架固定。

磁齒輪的嚙合與普通齒輪的嚙合有根本的不同，普通齒輪嚙合時(shí)，靠接觸線或接觸點(diǎn)，通過接觸處材料的彈力傳遞機(jī)械力， 實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)；而磁齒輪嚙合實(shí)際上是兩個(gè)磁極的正對(duì)面相互對(duì)齊，靠彼此之間的磁力作用傳遞運(yùn)動(dòng)。根據(jù)電磁理論，電樞合力方向?yàn)辇X槽面的法線方向，可分解為三個(gè)相互垂直方向的作用力，使行星輪發(fā)生自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的輸出。

行星輪受力分析如圖3示，中心蝸桿表面上均勻排布N 極、S 極間隔的稀土永磁體， 定子的內(nèi)環(huán)面上也均勻排布N 極、S極間隔的螺旋形稀土永磁體。當(dāng)中心蝸桿的電樞接通三相交流電時(shí)， 在其周圍將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，行星輪在蝸桿和環(huán)面定子兩處將受到磁場(chǎng)力的共同作用，在這兩處磁場(chǎng)力的共同作用之下， 行星輪將在自轉(zhuǎn)的同時(shí)還繞中心蝸桿軸線公轉(zhuǎn)，支撐行星輪的行星架將在行星輪的驅(qū)動(dòng)之下作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 行星架的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就是該機(jī)構(gòu)的輸出運(yùn)動(dòng)。

設(shè)行星輪輪齒在任一轉(zhuǎn)角ψi處與中心蝸桿嚙合， 即行星輪上一個(gè)永磁體與蝸桿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在這個(gè)位置有磁場(chǎng)力作用。Fni表示此刻行星輪受到的磁場(chǎng)力，即法向力。Fai和Fti分別表示其軸向分力和切向分力。在超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中， 行星輪上永磁體與蝸桿間氣隙非常小，如果把行星輪上均勻分布的永磁體當(dāng)量為一段通電導(dǎo)體， 這個(gè)當(dāng)量通電導(dǎo)體可以近似認(rèn)為與中心蝸桿電磁場(chǎng)平行。那么可以得到中心蝸桿與行星輪之間的磁力作用， 如圖3所示的法向力Fni，即：

（1）

式中： Fni――中心蝸桿與行星輪之間的法向力N；

B――中心蝸桿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與行星輪永磁體磁場(chǎng)的合磁場(chǎng)強(qiáng)度， T；

L――行星輪上均勻分布永磁體的有效長(zhǎng)度，mm；

Id――行星輪永磁體磁場(chǎng)當(dāng)量電流強(qiáng)度， A 。

切向分力Fti提供行星輪自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩Ti， 軸向分力Fai驅(qū)動(dòng)行星輪公轉(zhuǎn)， 行星輪自轉(zhuǎn)的同時(shí)要與定子嚙合。定子上螺旋分布的永磁體與行星輪上均勻分布的永磁體產(chǎn)生磁力， 這個(gè)磁力與在蝸桿處受到的磁力一樣， 可以分解為一個(gè)軸向分力F’ai和一個(gè)切向分力F’ti。F’ti施加行星輪自轉(zhuǎn)阻力矩T’1。T1與T’1大小相等。

超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，行星架與所有行星輪中心軸連在一起，所有行星輪的公轉(zhuǎn)力矩共同形成行星架的輸出力矩。對(duì)于每一個(gè)行星輪，它的公轉(zhuǎn)力矩分為兩個(gè)部分，一部分是蝸桿處的軸向力對(duì)蝸桿中心軸形成的力矩，另外一部分是定子處的軸向力形成的力矩。這兩部分力矩共同形成一個(gè)行星輪的公轉(zhuǎn)力矩Tni。即：

（2）

式中，φ1――蝸桿嚙合點(diǎn)處的位置角，rad；

ψ1 ――定子嚙合點(diǎn)處的位置角，rad；

a――蝸桿與行星輪的中心距，mm。

超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出力矩具有以下特征：

1、輸出力矩與行星輪個(gè)數(shù)m，合磁場(chǎng)強(qiáng)度B，永磁體當(dāng)量電流強(qiáng)度Id，行星輪永磁體的有效長(zhǎng)度L，行星輪半徑R等因素成正比的關(guān)系。

2、當(dāng)其他因素相同，改變行星輪齒數(shù)將改變嚙合時(shí)中心蝸桿對(duì)行星輪包圍的齒數(shù)，以及包圍齒數(shù)突變點(diǎn)的位置。但是，輸出力矩并不是隨著行星輪齒數(shù)的增加而增加的，因?yàn)樾行禽嘄X數(shù)的增加并不一定能增加行星輪與中心蝸桿的嚙合。

桿上齒槽分布情況確定以后，線圈具體的纏繞方式可以參考電機(jī)繞組的纏繞方式。由于蝸桿布線槽形狀比較復(fù)雜，為提高齒槽的利用率，使繞線嵌線方便， 蝸桿繞組一般采用單層型式、鏈?zhǔn)嚼@組。

根據(jù)環(huán)面蝸桿與行星輪的嚙合情況，電樞分布有兩種形式：行星輪齒完全嚙合，和蝸桿齒完全嚙合兩種情況。無(wú)論采取何種嚙合方式最終產(chǎn)生的電磁齒與行星輪的齒都存在一定的嚙合關(guān)系。隨著a/R的增加，蝸桿電樞和定子梁的螺旋角減小，行星輪與蝸桿之間的嚙合齒數(shù)增加；隨著極對(duì)數(shù)的增加，蝸桿電樞和定子梁的螺旋角增加，極對(duì)數(shù)越多嚙合點(diǎn)也越多。

n=0時(shí)，表示行星輪和蝸桿全部完全嚙合。螺旋角的表達(dá)式可以統(tǒng)一，根據(jù)超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的正確嚙合條件方程式，可知超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)必須滿足以下表達(dá)式：

（3）

中心蝸桿的極對(duì)數(shù)是成對(duì)出現(xiàn)的，有一個(gè)N極就必然有一個(gè)S極與其對(duì)應(yīng)。所以中心蝸桿的齒數(shù)可以用極對(duì)數(shù)p表示，即Z2=2p，p取自然數(shù)。所以當(dāng)中心蝸桿每增加一對(duì)極，通過行星輪與之嚙合的定子齒數(shù)就應(yīng)增加兩個(gè)。用Z0表示定子齒數(shù)，可得定子齒數(shù)與極對(duì)數(shù)存在如下關(guān)系：

（4）

其中，p為環(huán)面蝸桿極對(duì)數(shù)，λ0為環(huán)面定子的螺旋角，λ2為蝸桿齒槽螺旋角，N為包含0的正整數(shù)。

綜上所述，可以得出tanλ2，tanλ0，p和Z1四者之間的關(guān)系，在實(shí)際計(jì)算過程中由于行星輪轉(zhuǎn)角Φ1一直在變化，所以定子梁螺旋角和電樞螺旋角也一定隨之變化，但是變化幅度很小，因此螺旋角通常取平均值代替。

機(jī)械傳動(dòng)在機(jī)械工程領(lǐng)域中占有重要的地位，隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，越來越需要集成化的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本論文提出了一種新型復(fù)合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)―超環(huán)面機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并對(duì)該機(jī)構(gòu)從驅(qū)動(dòng)機(jī)理、嚙合分析、傳動(dòng)比分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了研究，不僅具有重要的理論意義，而且具有重要的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

篇（2）

1.引言

近年來，隨著電力電子技術(shù)、新型電機(jī)控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)得以迅速的推廣應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)具有體積小，損耗低，效率高等優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)日益受到重視的今天，對(duì)其研究就顯得非常必要。因此。這里對(duì)永磁同步電機(jī)的控制策略進(jìn)行綜述，并介紹了永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的各種控制策略發(fā)展方向。

2.永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

永磁同步電機(jī)（PMSM）的永磁體和繞組，繞組和繞組之間的相互影響，電磁之間的關(guān)系十分復(fù)雜，由于磁路飽和等非線性因素，建立精確的數(shù)學(xué)模型是很困難的。為了簡(jiǎn)化PMSM的數(shù)學(xué)模型，我們通常作如下的假設(shè)：

（1）磁路不飽和，電機(jī)電感不受電流變化影響，不計(jì)渦流和磁滯損耗;

（2）忽略齒槽、換相過程和電樞反應(yīng)的影響;

（3）三相繞組對(duì)稱，永久磁鋼的磁場(chǎng)沿氣隙周圍正弦分布;

（4）電樞繞組在定子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布;

（5）驅(qū)動(dòng)二極管和續(xù)流二極管為理想元件;

（6）轉(zhuǎn)子磁鏈在氣隙中呈正弦分布。

對(duì)于永磁同步電機(jī)來說，即用固定轉(zhuǎn)子的參考坐標(biāo)來描述和分析其穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能是十分方便的。此時(shí)，取永磁體基波勵(lì)磁磁場(chǎng)軸線即永磁體磁極的軸線為d軸，而q軸逆時(shí)針方向朝前90o電角度。d軸與參考軸A之間夾角為。圖1為永磁同步電機(jī)（PMSM）矢量圖。

圖1 PMSM空間向量圖

Fig.1 Space vector diagram of PMSM

根據(jù)圖1所示向量圖進(jìn)行坐標(biāo)變換，滿足功率不變?cè)瓌t，得到在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PMSM的數(shù)學(xué)模型方程如下

（1）電壓方程

由三相靜止軸系A(chǔ)BC到同步旋轉(zhuǎn)軸系dq的變換得：

（1）

，Rs為定子相電阻，其中：

。

（2）磁鏈方程

（2）

式中為轉(zhuǎn)子（永磁體）在dq軸的磁鏈，，ud、uq，id、iq和、分別為dq軸的電流、電壓和磁鏈。、為dq軸的電感。

（3）轉(zhuǎn)矩方程

電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為：

（3）

pn為極對(duì)數(shù)，定子磁鏈空間矢量，is為定子電流空間矢量。

3.恒壓頻比開環(huán)控制（VVVF）

恒壓頻比開環(huán)控制（VVVF）是為了得到理想的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的。 按照這種控制策略進(jìn)行控制，使供電電壓的基波幅值隨著速度指令成比例的線性增長(zhǎng)，從而保持定子磁通的近似恒定。VVVF控制策略簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速通過電源頻率進(jìn)行控制。但同時(shí)，由于系統(tǒng)中不引入速度、位置等反饋信號(hào)，因此無(wú)法實(shí)時(shí)捕捉電機(jī)狀態(tài)，致使無(wú)法精確控制電磁轉(zhuǎn)矩：在突加負(fù)載或者速度指令時(shí)，容易發(fā)生失步現(xiàn)象;也沒有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。因此，恒壓頻比開環(huán)控制電機(jī)磁通而沒有控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，控制性能差。通常只用于對(duì)調(diào)速性能要求一般的通用變頻器上。

4.矢量控制（VC）

七十年代中期，德國(guó)學(xué)者提出“交流電機(jī)磁場(chǎng)定向的控制原理”，即用矢量變換的方法研究交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)控制規(guī)律。矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電機(jī)內(nèi)部的電磁過程，是建立在交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的控制方法。它模仿對(duì)直流電機(jī)的控制技術(shù)，將交流電機(jī)的定子電流解禍成互相獨(dú)立的產(chǎn)生磁鏈的分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量。分別控制這兩個(gè)分量就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制的完全解禍，從而達(dá)到理想的動(dòng)態(tài)性能。使交流傳動(dòng)的動(dòng)、靜態(tài)特性有了顯著的改善，開創(chuàng)了交流傳動(dòng)的新紀(jì)元。矢量控制是目前高性能交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所采用的主要控制方法，具有很好的動(dòng)態(tài)性能。然而這種控制技術(shù)本身還是存在一些缺陷的，受電機(jī)參數(shù)影響較大，由于電機(jī)參數(shù)在不同運(yùn)行情況與環(huán)境的多變性，所以系統(tǒng)魯棒性不強(qiáng);矢量控制的根本是實(shí)現(xiàn)類似直流電機(jī)的控制，因此需要進(jìn)行復(fù)雜的解耦運(yùn)算，增加了信號(hào)處理工作負(fù)荷，要求更高的硬件處理器配合;

5.直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）

1985年德國(guó)學(xué)者M(jìn).DepenBrock教授首次提出了磁鏈采用六邊形控制方案的直接轉(zhuǎn)矩控制理論。該方法只是在定子坐標(biāo)系下分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，強(qiáng)調(diào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換和計(jì)算。其磁場(chǎng)定向所用的是定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測(cè)出來。因此，DTC大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題，很大程度上克服了矢量控制的缺點(diǎn)。

轉(zhuǎn)差角頻率越大，轉(zhuǎn)矩越大。轉(zhuǎn)差角頻率增加，轉(zhuǎn)矩也增加。說明異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)率都可以通過控制定子磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的角頻率來控制。也就是說，異步電機(jī)DTC是建立在電機(jī)轉(zhuǎn)差角頻率控制的理論基礎(chǔ)上的。而同步電機(jī)并不存在這種轉(zhuǎn)差角頻率，正是由于這個(gè)原因，DTC策略在同步電機(jī)上沒有能夠快速地得到應(yīng)用。直到1996年英國(guó)的French.C和Acarnley .P發(fā)表了關(guān)于PMSM的DTC的論文，1997年由澳大利亞的Zhong L， Rahman.M.T教授和南航的胡育文教授等合作提出了基于PMSM的DTC方案，初步解決了DTC控制策略在PMSM上應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。有了這個(gè)理論基礎(chǔ)，PMSM的DTC控制也成了眾多學(xué)者研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

就目前而言，永磁同步電機(jī)控制的直接轉(zhuǎn)矩控制摒棄了矢量控制解耦的思想，將轉(zhuǎn)子磁通定向更換為定子磁通定向，通過控制定子磁鏈的幅值以及磁通角，達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的，具有控制手段直接、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單高效、控制性能優(yōu)良、動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速的特點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制在克服了矢量控制弊端的同時(shí)，這種粗獷式控制方式也暴露出固有的缺陷。首先控制器采用Bang-Bang控制，實(shí)際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動(dòng);再者調(diào)速范圍受限。在低速時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)增加，而且定子磁鏈觀測(cè)值會(huì)不準(zhǔn)。另外，電機(jī)參數(shù)的時(shí)變對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制也有影響。

6.結(jié)論

本文所闡述的永磁同步電機(jī)的控制方式是最基本的三種控制方式。通過文中的闡述，可以看出每種控制方式都有其利弊，可以根據(jù)設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境工況來選擇設(shè)備的控制方法。

同時(shí)隨著控制理論的不斷發(fā)展，學(xué)者們采用智能控制策略，如最優(yōu)控制、遺傳算法、模糊控制等方法，用來克服每種控制方式的弊端，使得永磁同步電機(jī)的應(yīng)該更加廣泛，充分發(fā)揮其體積小，損耗低，效率高等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王成元，周美文，郭慶鼎.矢量控制交流伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2]李華德，楊立永，李世平.直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的新發(fā)展[J].工業(yè)大學(xué)，2001.

篇（3）

中圖分類號(hào)： TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

前言

直線驅(qū)動(dòng)器主要定位于高精密加工伺服進(jìn)給領(lǐng)域，因此它的高響應(yīng)、高效率和高精度三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)研究方向[1]。傳統(tǒng)的直線驅(qū)動(dòng)器一般均采用旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母副來實(shí)現(xiàn)，或采用液壓系統(tǒng)（氣動(dòng)系統(tǒng)）驅(qū)動(dòng)液壓缸（氣缸）來實(shí)現(xiàn)。

本文提出了一種內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器，通過自主優(yōu)化的控制算法將永磁同步電機(jī)高功率密度、高效率的優(yōu)良性能充分發(fā)揮，從而克服采用傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的直線驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸大等缺點(diǎn)，并獲得更高的驅(qū)動(dòng)精度以及可控性。

1 內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器的工作原理和基本結(jié)構(gòu)

永磁同步電機(jī)相對(duì)于其他類型的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)具有功率密度高、效率高、調(diào)速平穩(wěn)等特點(diǎn)，更適合用于高速高精密加工伺服進(jìn)給領(lǐng)域。

內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器主要由驅(qū)動(dòng)器殼體、前后端蓋、定子、轉(zhuǎn)子、位置傳感器、滾珠絲杠、滾珠螺母等組成。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

驅(qū)動(dòng)器采用自然冷卻方式，前端蓋1和后端蓋8通過螺栓與驅(qū)動(dòng)器殼體2連接，定子4固定于驅(qū)動(dòng)器殼體2的內(nèi)部；轉(zhuǎn)子5安裝在空心轉(zhuǎn)子軸7上，轉(zhuǎn)子5兩側(cè)安裝有平衡環(huán)11，轉(zhuǎn)子軸7通過過渡軸套12與前軸承安裝軸3連接成一個(gè)整體，轉(zhuǎn)子軸7、過渡軸套12和前軸承安裝軸3組成的整體通過前軸承14和后軸承10與前后端蓋連接。轉(zhuǎn)子軸末端安裝有位置傳感器9，用來實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)子的位置，反饋給驅(qū)動(dòng)控制器。調(diào)節(jié)螺母13用來調(diào)整前部軸承14的游隙。軸承安裝軸3前端與滾珠螺母15連接，滾珠絲杠6位于空心轉(zhuǎn)子軸7的內(nèi)部。

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如下圖2所示，轉(zhuǎn)子沖片19經(jīng)過疊壓后由鉚釘16進(jìn)行固定形成轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯外部沿圓周分布有磁鋼17，定子鐵芯兩端裝有有轉(zhuǎn)子扣套18，用來固定磁鋼17。

圖1內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖 圖2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

直線驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)轉(zhuǎn)子軸、過渡軸套、前軸承安裝軸、滾珠螺母等一起旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠不旋轉(zhuǎn)，從而可以得到滾珠絲杠的軸向直線運(yùn)動(dòng)，通過改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向來改變絲杠的直線運(yùn)動(dòng)方向。

2內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器的控制實(shí)現(xiàn)

空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)由于其直流電壓利用率高，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，己廣泛應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)的全數(shù)字控制系統(tǒng)中[2]。內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器采用三相電壓型功率逆變器作為功率驅(qū)動(dòng)單元，其硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器硬件結(jié)構(gòu)示意圖

圖中，C為系統(tǒng)主電容組，直接接于系統(tǒng)直流母線兩端，需根據(jù)系統(tǒng)電壓及負(fù)載考慮其匹配參數(shù)，用于穩(wěn)定系統(tǒng)直流母線的電壓波動(dòng)，保證驅(qū)動(dòng)器正常工作。

主控制板作為直線驅(qū)動(dòng)器的核心，通過CAN與系統(tǒng)部件進(jìn)行通訊，通過A/D端口采集電機(jī)溫度、功率器件溫度和電機(jī)輸入電流等信號(hào)，通過I/O端口接收前進(jìn)/后退，開啟/關(guān)閉、溫度設(shè)定等信號(hào)，經(jīng)旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量接收旋轉(zhuǎn)變壓器位置信號(hào)由旋變解碼芯片U4對(duì)其進(jìn)行解碼后傳遞給電機(jī)運(yùn)行控制芯片U3使用。U3測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1的電流值并根據(jù)U4返回的驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置值、系統(tǒng)提供的一系列信號(hào)輸出SVPWM矢量控制波形至相應(yīng)驅(qū)動(dòng)板以控制電機(jī)M1的運(yùn)行。

對(duì)于永磁同步電動(dòng)調(diào)速控制策略則采用矢量變換控制。矢量控制技術(shù)不論在電機(jī)的低速運(yùn)行區(qū)還是高速運(yùn)行區(qū)，其抗擾特性、啟制動(dòng)特性、穩(wěn)速特性均達(dá)到或者超過直流調(diào)速系統(tǒng)，尤其在高精度傳動(dòng)系統(tǒng)中其調(diào)速范圍已達(dá)100000：1，因此，特別適合于交流伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的控制[3-4]。

圖4 內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器矢量控制框圖

如圖4所示為內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器矢量控制框圖，其控制過程為：

1)控制器接收來自上位機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)的位置參考信號(hào)χ_Ref，與檢測(cè)元件檢測(cè)到的實(shí)際位置χ相比較得到位置偏差。為了減小偏差，位置調(diào)節(jié)器按實(shí)現(xiàn)設(shè)定好的調(diào)節(jié)規(guī)律(如PID控制、滑模控制等)，給出速度環(huán)參考信號(hào)v_Ref。

2)將速度環(huán)參考信號(hào)v_Ref與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度v進(jìn)行比較，得到速度偏差。以速度偏差為輸入，速度調(diào)節(jié)器按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律給出電流環(huán)的參考輸入i_Ref；

3)根據(jù)d、q軸電流偏差，經(jīng)電流調(diào)：竹器調(diào)節(jié)得到參考電壓空間矢量的d、q坐標(biāo)系分量；

4)經(jīng)逆Park變換，將參考電壓空間矢量的d、q坐標(biāo)系分量轉(zhuǎn)化為α、β坐標(biāo)系分量；

5)經(jīng)SVPWM變換，由參考電壓空間矢量的α、β坐標(biāo)系分量調(diào)制輸出SVPWM波形，控制電壓型逆變器調(diào)制三相初級(jí)繞組的電壓，改變繞組電流。從而改變電動(dòng)機(jī)的加速度、速度和位置。

進(jìn)一步分析，采用矢量控制的直線驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成了電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的三環(huán)全數(shù)字反饋。電流環(huán)接受速度調(diào)節(jié)器的輸出，控制電流矢量的幅值和相對(duì)于定子磁場(chǎng)的位置，從而控制電動(dòng)機(jī)的推力大小和方向；速度環(huán)則克服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行時(shí)受到自身推力波動(dòng)、非線性摩擦力、負(fù)載變化以及參數(shù)時(shí)變的影響，使電機(jī)快速而準(zhǔn)確地跟蹤位置環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出；位置環(huán)則用于消除內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)偏差及其他未知因素的影響，使驅(qū)動(dòng)器準(zhǔn)確跟蹤系統(tǒng)發(fā)出的位置指令，從而獲得預(yù)期的加工軌跡。

3結(jié)論

本文提出的內(nèi)置永磁同步電機(jī)的滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)器，克服了現(xiàn)有的采用旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母副的直線驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸大等缺點(diǎn),并大大提高其驅(qū)動(dòng)精度和可控性。通過對(duì)直線驅(qū)動(dòng)器機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)最佳慣量匹配,進(jìn)而保證伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作性能和滿足傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)控制指令的快速響應(yīng)要求。通過對(duì)直線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)控制算法的深入研究，實(shí)現(xiàn)由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)伺服進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性以及靈活性。

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[2]F. Blaschke. Principle of field orientation as used in the new Transvektor control system for induction machines, (Das Prinzip der Feldorientierung. die Grundlage fuer die TRANSVEKTOR-Regelung yon Drehfeldmaschinen)，1971，45(10).

篇（4）

交流傳動(dòng)系統(tǒng)之所以發(fā)展得如此迅速，和一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進(jìn)展有關(guān)。它們是功率半導(dǎo)體器件（包括半控型和全控型）的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力變換技術(shù)、交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)。為了進(jìn)一步提高交流傳動(dòng)系統(tǒng)的性能，國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究工作正圍繞以下幾個(gè)方面展開：

1采用新型功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件的不斷進(jìn)步，尤其是新型可關(guān)斷器件，如BJT（雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實(shí)用化，使得開關(guān)高頻化的PWM技術(shù)成為可能。目前功率半導(dǎo)體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能化方向發(fā)展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交-直-交變頻器、電流型交-直-交變頻器和交-交變頻器三種。電流型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作儲(chǔ)能元件，無(wú)功功率將由大電感來緩沖，它的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)時(shí)，只需改變網(wǎng)側(cè)可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側(cè)的再生電能方便地回饋到交流電網(wǎng)，構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行能力，可用于頻繁加減速等對(duì)動(dòng)態(tài)性能有要求的單機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合，在大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容作儲(chǔ)能元件，無(wú)功功率將由大電容來緩沖。對(duì)于負(fù)載電動(dòng)機(jī)而言，電壓型變頻器相當(dāng)于一個(gè)交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。電壓型PWM變頻器在中小功率電力傳動(dòng)系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。但電壓型變頻器的缺點(diǎn)在于電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)時(shí)，回饋到直流側(cè)的再生電能難以回饋給交流電網(wǎng)，要實(shí)現(xiàn)這部分能量的回饋，網(wǎng)側(cè)不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器，必須采用可逆變流器，如采用兩套可控整流器反并聯(lián)、采用PWM控制方式的自換相變流器（“斬控式整流器”或“PWM整流器”）。網(wǎng)側(cè)變流器采用PWM控制的變頻器稱為“雙PWM控制變頻器”，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流（網(wǎng)側(cè)電流）波形基本為正弦，功率因數(shù)保持為1并且能量可以雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，代表一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，但成本問題限制了它的發(fā)展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，只能用于低速（低頻）大容量調(diào)速傳動(dòng)。為此，矩陣式交-交變頻器應(yīng)運(yùn)而生。矩陣式交-交變頻器功率密度大，而且沒中間直流環(huán)節(jié)，省去了笨重而昂貴的儲(chǔ)能元件，為實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)為1、輸入電流為正弦和四象限運(yùn)行開辟了新的途徑。

隨著電壓型PWM變頻器在高性能的交流傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛，PWM技術(shù)的研究越來越深入。PWM利用功率半導(dǎo)體器件的高頻開通和關(guān)斷，把直流電壓變成按一定寬度規(guī)律變化的電壓脈沖序列，以實(shí)現(xiàn)變頻、變壓并有效地控制和消除諧波。PWM技術(shù)可分為三大類：正弦PWM、優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM包括以電壓、電流和磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案。正弦PWM一般隨著功率器件開關(guān)頻率的提高會(huì)得到很好的性能，因此在中小功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛采用。但對(duì)于大容量的電力變換裝置來說，太高的開關(guān)頻率會(huì)導(dǎo)致大的開關(guān)損耗，而且大功率器件如GTO的開關(guān)頻率目前還不能做得很高，在這種情況下，優(yōu)化PWM技術(shù)正好符合裝置的需要。特定諧波消除法（SelectedHarmonicEliminationPWM——SHEPWM）、效率最優(yōu)PWM和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小PWM都屬于優(yōu)化PWM技術(shù)的范疇。普通PWM變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功率器件開關(guān)頻率相關(guān)的諧波成分，諧波電流引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用在電動(dòng)機(jī)上，會(huì)使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出電磁噪聲，其強(qiáng)度和頻率范圍取決于脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小和交變頻率。如果電磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍，將會(huì)使人的聽覺受到損害。一些幅度較大的中頻諧波電流還容易引起電動(dòng)機(jī)的機(jī)械共振，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提高功率器件的開關(guān)頻率，但這種方法會(huì)使得開關(guān)損耗增加；另一種方法就是隨機(jī)地改變功率器件的導(dǎo)通位置和開關(guān)頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍內(nèi)，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達(dá)到抑制電磁噪聲和機(jī)械共振的目的，這就是隨機(jī)PWM技術(shù)。

2應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論

交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的交流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變的被控對(duì)象，VVVF控制是從電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)方程出發(fā)研究其控制特性，動(dòng)態(tài)控制效果很不理想。20世紀(jì)70年代初提出用矢量變換的方法來研究交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)控制過程，不但要控制各變量的幅值，同時(shí)還要控制其相位，以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦，促使了高性能交流傳動(dòng)系統(tǒng)逐步走向?qū)嵱没Ｄ壳案邉?dòng)態(tài)性能的矢量控制變頻器已經(jīng)成功地應(yīng)用在軋機(jī)主傳動(dòng)、電力機(jī)車牽引系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床中。此外，為了解決系統(tǒng)復(fù)雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接轉(zhuǎn)矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論中的各種控制方法也得到應(yīng)用，如二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制和雙位模擬調(diào)節(jié)器控制可提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，滑模（Slidingmode）變結(jié)構(gòu)控制可增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，狀態(tài)觀測(cè)器和卡爾曼濾波器可以獲得無(wú)法實(shí)測(cè)的狀態(tài)信息，自適應(yīng)控制則能全面地提高系統(tǒng)的性能。另外，智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等也開始應(yīng)用于交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，以提高控制的精度和魯棒性。

3廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)

篇（5）

引言

稀土永磁電動(dòng)機(jī)具有高效節(jié)能的顯著優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍正日益遍及國(guó)防、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的諸多領(lǐng)域，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｏ噍^于電勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)，稀土永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特殊且種類多樣，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和分析方法已難以適應(yīng)高性能電機(jī)研發(fā)的要求，需要綜合運(yùn)用多學(xué)科理論和現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段，進(jìn)行創(chuàng)新研究。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式得到的產(chǎn)品，在工況相對(duì)固定的應(yīng)用場(chǎng)合，能夠表顯出良好的技術(shù)性能，但在永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)用的過程中，其振動(dòng)與噪聲始終沒有得到有效解決，甚至?xí)?duì)其實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。為此，針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究十分有必要，同樣也逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵增長(zhǎng)點(diǎn)。因此，本文在電機(jī)和電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用問題，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作工程中的振動(dòng)和噪聲問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析研究，并提出具體解決改善措施。論文的工作主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）測(cè)試裝置與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，選擇11kW的永磁同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)其振動(dòng)和噪聲的特性進(jìn)行測(cè)試。其中，將非金屬環(huán)合理安裝于9000A的渦流傳感器之上，隨后，同樣將其安裝在軸承端蓋的位置，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性展開全面測(cè)試。（2）永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲信號(hào)的分析，通過對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲信號(hào)的測(cè)試與分析，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的情況下，其振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)出一簇脈沖，其電流信號(hào)也有所改變，并非正常的正弦時(shí)域波形。（3）對(duì)噪聲頻譜的分析，當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，其中存在兩個(gè)峰值。而當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的狀態(tài)下，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，存在三個(gè)峰值。而通過噪聲頻譜與振動(dòng)頻譜的對(duì)比和比較，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生影響的因素中，軸承振動(dòng)并非主要矛盾。通過對(duì)空載以及額定負(fù)載條件下的聲壓級(jí)頻譜對(duì)比與比較可以發(fā)現(xiàn)，峰值多出一，而具體的原因就是受負(fù)載增加的影響，導(dǎo)致電流與功角隨之提高，進(jìn)而生成了頻率成分。

以下是詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程：

1 永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用特性的實(shí)驗(yàn)分析――以振動(dòng)與噪聲為實(shí)驗(yàn)對(duì)象

1.1 測(cè)試裝置與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)

選擇11kW的永磁同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)其振動(dòng)和噪聲的特性進(jìn)行測(cè)試。其中，將非金屬環(huán)合理安裝于9000A的渦流傳感器之上，隨后，同樣將其安裝在軸承端蓋的位置，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性展開全面測(cè)試。

1.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲信號(hào)的分析

通過對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲信號(hào)的測(cè)試與分析，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的情況下，其振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)出一簇脈沖，其電流信號(hào)也有所改變，并非正常的正弦時(shí)域波形[1]。

1.3 對(duì)噪聲頻譜的分析

當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，其中存在兩個(gè)峰值。而當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的狀態(tài)下，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，存在三個(gè)峰值。而通過噪聲頻譜與振動(dòng)頻譜的對(duì)比和比較，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生影響的因素中，軸承振動(dòng)并非主要矛盾。通過對(duì)空載以及額定負(fù)載條件下的聲壓級(jí)頻譜對(duì)比與比較可以發(fā)現(xiàn)，峰值多出一個(gè)，而具體的原因就是受負(fù)載增加的影響，導(dǎo)致電流與功角隨之提高，進(jìn)而生成了頻率成分。

2 改善永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用特性的具體措施

2.1 有效降低力波

第一，繞組選擇要科學(xué)。在選擇定子繞組的過程中，最好選擇諧波磁動(dòng)勢(shì)不高的，像是正弦繞組，能夠有效地降低噪聲。第二，將定子槽與轉(zhuǎn)子槽的開口寬度減小。通過半閉口槽亦或是閉口槽能夠使氣隙磁導(dǎo)諧波有效降低。與此同時(shí)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的降低，就需要采用槽開口寬度增大的方式。第三，氣隙磁通密度適當(dāng)減少。因?yàn)閺较蛄蜌庀洞琶芷椒匠尸F(xiàn)出正比例關(guān)系，而振幅和徑向力同樣呈正相關(guān)關(guān)系。除此之外，升功率和振幅平方近似呈正比例的關(guān)系[2]。在這種情況下，磁通的密度如果相對(duì)較高，那么不僅只是聲功率隨之提高，同樣還會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的效果，分叉與混沌現(xiàn)象的發(fā)生幾率會(huì)更高。然而，一旦減小氣隙磁密，還會(huì)使電動(dòng)機(jī)的自重增加。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)綜合考慮多種因素來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 磁場(chǎng)應(yīng)對(duì)稱

在永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的過程中，如果轉(zhuǎn)子偏心很容易引起低階徑向力，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)自身的噪聲不斷增加[3]。在這種情況下，不僅要對(duì)加工工藝與裝配工藝進(jìn)行合理地控制，同樣采取定子并聯(lián)繞組的方式，也能夠避免因轉(zhuǎn)子不同心而帶來的噪聲，這樣就能夠確保各級(jí)磁通處于一致狀態(tài)，有效地規(guī)避了磁拉力出現(xiàn)的不平衡性，使得振動(dòng)與噪聲的產(chǎn)生幾率下降。

2.3 斜槽與斜極的控制

對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)來說，將其定子鐵心以斜槽的形式制作出來，能夠確保徑向力波始終沿著電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度方向軸線來移動(dòng)[4]。這樣一來，其沿著軸線方向的平均徑向力就會(huì)隨之下降，同時(shí)，附加轉(zhuǎn)矩以及噪聲也會(huì)隨之降低，然而，實(shí)際的附加損耗卻并不會(huì)下降。

2.4 定子動(dòng)態(tài)振幅與聲振幅的合理減少

第一，要科學(xué)增加阻尼。可以在永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心以及機(jī)座中適當(dāng)?shù)赝可献枘岵牧希c此同時(shí)，使用清漆亦或是環(huán)氧樹脂，實(shí)現(xiàn)定子疊片的有效粘結(jié)[5]。基于此，應(yīng)當(dāng)對(duì)定子鐵心以及機(jī)座間存在的間隙進(jìn)行及時(shí)填充，這樣也能夠使電動(dòng)機(jī)阻尼不斷增加。第二，聲輻射效率的減少。在對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)聲輻射功率進(jìn)行計(jì)算的過程中，主要是相對(duì)聲強(qiáng)輻射系數(shù)和無(wú)窮大平板聲強(qiáng)公式相乘[6]。其中，相對(duì)聲強(qiáng)輻射的系數(shù)和電動(dòng)機(jī)的定子長(zhǎng)徑比以及振動(dòng)模態(tài)階數(shù)等存在緊密的聯(lián)系。為此，在立波階數(shù)的增加，使聲強(qiáng)輻射系數(shù)減少，可以有效地控制噪聲。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，永磁同步電動(dòng)機(jī)在實(shí)踐應(yīng)用中的作用十分重要，所以，對(duì)其應(yīng)用特性的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。電動(dòng)機(jī)振動(dòng)過大不僅會(huì)對(duì)運(yùn)行可靠程度帶來負(fù)面影響，同樣還會(huì)引發(fā)噪聲。因而，文章將稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)作為重點(diǎn)研究對(duì)象，并且以振動(dòng)和噪聲兩個(gè)特性為例，闡述了控制這兩種特性的可行性方式，以期為永磁同步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供有價(jià)值的參考依據(jù)，充分發(fā)揮其自身的功用。

參考文獻(xiàn)

[1]皇甫宜耿，LAGHROUCHES，劉衛(wèi)國(guó)，等.高階滑模消抖控制在永磁同步電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2012，16（2）：7-11，18.

[2]姬芬竹，高峰.電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)匹配[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（04）.

[3]王家軍.速度指定位置跟蹤雙永磁同步電動(dòng)機(jī)的反推控制[J].控制理論與應(yīng)用，2015，32（2）：202-209.

篇（6）

中圖分類號(hào)：TH137.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）06-0110-02

1 引言

伺服驅(qū)動(dòng)器（servo drives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

伴隨著電機(jī)由有刷電機(jī)、無(wú)刷電機(jī)以及永磁同步電機(jī)的發(fā)展歷程，伺服驅(qū)動(dòng)器相應(yīng)經(jīng)歷了模擬電路、8位單片機(jī)模數(shù)混合電路及高性能DSP電機(jī)專用控制解決方案等發(fā)展階段。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)速范圍寬、定位精度高、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性、快速響應(yīng)無(wú)超調(diào)、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)、可靠性高等諸多特點(diǎn)對(duì)控制芯片提出了更高的要求。

2 DSP電路設(shè)計(jì)

伺服驅(qū)動(dòng)器選用微芯公司高性能16位數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC 30F4011作為無(wú)刷電機(jī)的主控芯片，它集DSP的高速運(yùn)算處理能力與電機(jī)常用檢測(cè)接口于一體，成為很多伺服方案的首選。DSP在伺服系統(tǒng)中主要承擔(dān)對(duì)實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)按照某種控制規(guī)律、算法實(shí)時(shí)地計(jì)算、處理并且存儲(chǔ)，最后將實(shí)時(shí)結(jié)果輸出。DSP的性能對(duì)整個(gè)伺服系統(tǒng)的控制性能起著至關(guān)重要的作用，因此選擇一款合適的DSP芯片變得尤為重要，整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器硬件都是圍繞DSP來設(shè)計(jì)的。

2.1 dsPIC30F4011芯片及功能

dsPIC30F4011是伺服驅(qū)動(dòng)器的主控芯片。是Microchip公司為滿足高性能，高精度伺服要求而推出的一款電機(jī)專用芯片，如圖1所示，外設(shè)資源比較豐富。

dsPIC30F4011采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)，能提供最高30MIPS的工作速度[1]，指令寬度為24，16位的數(shù)據(jù)總線寬度，2KB數(shù)據(jù)RAM，48KB程序FLASH，除此之外：

（1）高灌/拉電流I/O引腳，25mA/25mA。

（2）5個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，需要時(shí)可組合成32位定時(shí)器。

（3）10位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）模塊。

（4）6路PWM輸出，邊沿對(duì)齊或中心對(duì)齊，3個(gè)占空比發(fā)生器，輸出可改寫。

（5）可用于帶霍爾傳感器電機(jī)的輸入捕捉模塊。

（6）可用于進(jìn)行速度和位置測(cè)量的正交編碼器接口（QEI），A相、B相、索引脈沖三輸入信號(hào)。

（7）通用異步收發(fā)器（UART）模塊。

2.2 dsPIC30F4011開發(fā)環(huán)境及工具

dsPIC30F4011的開發(fā)環(huán)境由MPLAB IDE代碼編輯器和ICD2程序下載和調(diào)試器構(gòu)成，前者主要完成控制程序代碼編輯、修改，經(jīng)編譯生成Hex文件后，通過ICD2下載到器件中，也可以使用ICD2進(jìn)行調(diào)試。

3 伺服驅(qū)動(dòng)器軟件的研究

3.1 伺服系統(tǒng)控制程序總體框架

無(wú)刷直流電機(jī)位置伺服系統(tǒng)主要由無(wú)刷電機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)模塊、電子換相單元、光電編碼器、原點(diǎn)位置傳感器、RS-485總線通訊單元[43]等組成。如圖2。

3.2 伺服驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

由于電流、速度、位置各環(huán)的比例，積分系數(shù)值是在電機(jī)啟動(dòng)前通過串口設(shè)置的，在電機(jī)運(yùn)行過程中也隨時(shí)可以更改，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小了超調(diào)，縮短了響應(yīng)時(shí)間[4]。從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷電機(jī)高要求的控制系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本課題來源在于研究dsPIC30F4011做為控制核心芯片解決了伺服驅(qū)動(dòng)器的調(diào)速范圍寬、定位精度高、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性、快速響應(yīng)無(wú)超調(diào)、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)、可靠性高等諸多特點(diǎn)在設(shè)計(jì)與運(yùn)用的問題。從而提高了生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，也滿足了定位精度高，響應(yīng)速度快的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]孫振源.基于dspic30F4011的BLDC模糊自適應(yīng)PID控制研究[D].青島：青島大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011：35.

篇（7）

1.前言

永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）因其高功率密度、高轉(zhuǎn)矩和免維修等原因，廣泛應(yīng)用于高效驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。六相永磁同步電動(dòng)機(jī)發(fā)展了三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，多應(yīng)用于船舶電動(dòng)推進(jìn)等領(lǐng)域，它相對(duì)于普通永磁同步電動(dòng)機(jī)而言有諸多優(yōu)勢(shì)，如船舶推進(jìn)系統(tǒng)中，電流諧波最低次數(shù)要比一般三相電機(jī)高，降低了諧波幅值，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了電機(jī)工作效率，同時(shí)減小了轉(zhuǎn)子諧波損耗，另外一旦發(fā)生缺相等故障，系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運(yùn)行。因此，六相永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。[1]

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在各種領(lǐng)域迅速發(fā)展和應(yīng)用。直接轉(zhuǎn)矩控制策略是在矢量控制策略之后最新興起的變頻調(diào)速技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)最早是二十世紀(jì)80年代由德國(guó)教授Depenbrock和日本學(xué)者Takahashi分別提出的。主要應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)。于90年代末由L Zhong、M.F.Rahman和Y.W.Hu等人將其應(yīng)用到永磁同步電機(jī)控制中。[2，3，4]

本文所介紹的這種六相永磁同步電機(jī)具有六相不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，是一種船舶推進(jìn)用電機(jī)。在Simulink中沒有對(duì)應(yīng)的模型。文章對(duì)六相電機(jī)模型進(jìn)行分析同時(shí)進(jìn)行了建立數(shù)學(xué)模型，并用Simulink對(duì)電機(jī)進(jìn)行建模并封裝。本文使用Simulink對(duì)不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。同時(shí)對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，完成整個(gè)系統(tǒng)的搭建，同時(shí)加入空間電壓矢量控制提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩和電流，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，并且對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

2.不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

六相PMSM數(shù)學(xué)模型與三相電動(dòng)機(jī)很相似，為使分析方便，假設(shè)：①不考慮鐵心飽和效應(yīng)；②渦流和磁滯損耗忽略不計(jì)；③轉(zhuǎn)子不設(shè)阻尼繞組；④認(rèn)為每相繞組完全對(duì)稱，定子電流、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)對(duì)稱分布；⑤近似認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)波形為正弦。[5，6]

坐標(biāo)變換。

在PMSM瞬態(tài)運(yùn)行過程中，對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)方程的求解和電機(jī)動(dòng)態(tài)分析相當(dāng)困難，主要原因是電機(jī)轉(zhuǎn)子在磁、電結(jié)構(gòu)上不對(duì)稱，以及電機(jī)的電磁參數(shù)（電壓、電流、磁鏈、轉(zhuǎn)矩）的微分形式具有多種表達(dá)方式。因而在此采用坐標(biāo)變換，通過消除時(shí)變參數(shù)，將變系數(shù)轉(zhuǎn)化為常系數(shù)來求解，進(jìn)而簡(jiǎn)化運(yùn)算和分析過程。

本文采用兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dd-qq坐標(biāo)系）來對(duì)PMSM電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行分析，同時(shí)也可以對(duì)其瞬態(tài)性能進(jìn)行分析。本文所采用的坐標(biāo)系與定子磁場(chǎng)保持同步狀態(tài)，dd軸滯后qq軸90°，dd軸的取向與轉(zhuǎn)子總磁鏈的方向一致，成為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)坐標(biāo)系，A、B、C、D、E、F坐標(biāo)系統(tǒng)與dd-qq坐標(biāo)系的關(guān)系如下為六相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣可以表示為式（1）：

（1）

經(jīng)過坐標(biāo)變換可得，d-q坐標(biāo)系下六相PMSM定子側(cè)的電壓方程、同時(shí)六相永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程如式（2）-式（6）。

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

其中：Ud、Uq為d、q定子的電壓分量；id、iq為d、q軸定子的電流分量；、、為d、q軸定子磁鏈分量；Ld、Lq為d、q軸電感分量；R為定子電阻；np為極對(duì)數(shù)；為同步角速度；為永磁體磁鏈；p為微分算子。

通過6/2變換，極大的簡(jiǎn)化了兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的六相PMSM的數(shù)學(xué)模型，降低了微分方程階數(shù)，d軸磁鏈和q軸磁鏈不再是角度的函數(shù)，這為六相永磁同步電機(jī)的高性能轉(zhuǎn)矩控制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在仿真過程中由于Simulink中沒有現(xiàn)成的六相永磁同步電機(jī)模型，于是根據(jù)數(shù)學(xué)模型式（1）～（6）建立了六相永磁同步電機(jī)電機(jī)模型并對(duì)其進(jìn)行了封裝封裝。

3.不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)構(gòu)成

對(duì)于永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制，其主要思想是在保證定子磁鏈幅值恒定的前提下，根據(jù)電機(jī)的負(fù)載角和電磁轉(zhuǎn)矩的正比關(guān)系，通過控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)方向來控制負(fù)載角進(jìn)而控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。是定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶肯鄬?duì)于A軸的空間電角度的空間相位差。不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)包括：電動(dòng)機(jī)模塊、逆變器模塊、坐標(biāo)變換模塊、定子磁鏈觀測(cè)模型、轉(zhuǎn)矩估測(cè)模型、磁鏈和轉(zhuǎn)矩的滯環(huán)比較器模塊，定子磁鏈分區(qū)表、以及電壓空間矢量表。[7]

通過公式（6）可知，改變相應(yīng)的定子電壓矢量以控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)而調(diào)節(jié)負(fù)載角的大小，最終能夠得到所需要的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩。

基于SVPWM不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中不同磁鏈?zhǔn)噶恐g的關(guān)系如圖2。通過分析對(duì)不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)的磁鏈?zhǔn)噶颗c電壓矢量之間的關(guān)系，最終得到參考的電壓矢量的計(jì)算公式。

（7）

（8）

圖2 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中磁鏈?zhǔn)噶筷P(guān)系圖

定子磁鏈的估測(cè)采用U-I模型，通過檢測(cè)出定子電壓、電流計(jì)算出定子磁鏈。同時(shí)根據(jù)定子電流和定子磁鏈，可以估測(cè)出電磁轉(zhuǎn)矩。

磁鏈滯環(huán)模塊所示，它是用來控制定子磁鏈幅值，使電動(dòng)機(jī)容量得到充分的利用。磁鏈滯環(huán)模塊采用兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)，輸入量為磁鏈給定值和磁鏈幅值的觀測(cè)值，輸出量為磁鏈開關(guān)量，其值為0或者1。轉(zhuǎn)矩滯環(huán)模塊的結(jié)構(gòu)圖，它的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)模塊為三種輸出開關(guān)量，輸入量為轉(zhuǎn)矩給定值和轉(zhuǎn)矩估測(cè)值，輸出量為轉(zhuǎn)矩的開關(guān)量，其值為±1和0。

不對(duì)稱六相PMSM-DTC優(yōu)選空間電壓矢量的構(gòu)建和開關(guān)表的確定：

根據(jù)不同的導(dǎo)通模式，六相電機(jī)變頻器輸出有64種空間電壓矢量組合，包括16個(gè)零電壓矢量以及如圖2所示的48種電壓矢量，可以看作是四個(gè)同心正12邊形。本文選取了最外環(huán)的十二個(gè)電壓矢量（即為：v9、v11、v27、v37、v45、v41、v26、v18、v22、v54、v52、v56）可以獲得的調(diào)速性能，以及更快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和磁鏈變化。本文采用最外環(huán)的十二個(gè)電壓矢量角分線作為分區(qū)邊界的分區(qū)方式。最終得到的開關(guān)表如表1所示。

利用Simulink的查表模塊實(shí)現(xiàn)開關(guān)表設(shè)計(jì)及查表功能，實(shí)現(xiàn)電壓開關(guān)矢量的控制信號(hào)的輸出器仿真模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

基于不對(duì)稱六相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理，在Matlab2012a境下利用Simulink仿真工具，搭建基于不對(duì)稱六相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型，整體設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

圖3 表結(jié)構(gòu)框圖

圖4 基于Simulink的

六相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型

4.仿真驗(yàn)證

PMSM參數(shù)設(shè)定：定子電阻，d-q軸等效電感，轉(zhuǎn)子磁鏈，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，粘滯系數(shù)，極對(duì)數(shù)

圖5 基于SVM不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)

直接轉(zhuǎn)矩控制仿真波形

圖6 常規(guī)六相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩波形

圖5中（a）、（b）、（c）分別為該系統(tǒng)空載啟動(dòng)、0.2s時(shí)突加負(fù)載20N·m的轉(zhuǎn)速、相電流、轉(zhuǎn)矩仿真波形。圖5（d）為負(fù)載的定子磁鏈軌跡。圖6為常規(guī)六相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)空載啟動(dòng)的轉(zhuǎn)矩實(shí)驗(yàn)波形。可以看出，由于將SVM引入六相永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制中，使得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩和穩(wěn)態(tài)電流得到了徹底的改善。

5.結(jié)論

本文給出了不對(duì)稱六相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制與驅(qū)動(dòng)在MATLAB/Simulink仿真框圖。給出了不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的磁鏈方程、電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程，從磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程，可以證明不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理與三相永磁同步電機(jī)是基本一致的，根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理對(duì)不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行了詳細(xì)的建模。為了完全補(bǔ)償系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈誤差，將SVM引入不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制中，用以增加電壓矢量的數(shù)量，在改善穩(wěn)態(tài)性能的同時(shí)，也使得逆變器的開關(guān)頻率變?yōu)榻坪愣ā７抡娼Y(jié)果顯示，在直接轉(zhuǎn)矩控制方案下，該永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性，快速跟蹤的性能優(yōu)點(diǎn)。SVPWM允許逆變器在過調(diào)制區(qū)域運(yùn)行。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，該控制策略考慮逆變器作為一個(gè)單獨(dú)的單元，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜性。仿真結(jié)果最后得出DTC-SVPWM技術(shù)具有獨(dú)特的PMSM驅(qū)動(dòng)的良好的動(dòng)態(tài)特性。定子磁鏈軌跡趨近磁鏈圓，具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。

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項(xiàng)目基金：教育部博士學(xué)科點(diǎn)科研基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20102102110001）；遼寧省科技廳攻關(guān)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2010220038）。

篇（8）

攝像機(jī)拍攝的圖像是由被拍攝物發(fā)射光（反射光）及背景光兩部分組成。在攝像機(jī)已經(jīng)確定下來的情況下，一般采用通過改變曝光參數(shù)的方法，調(diào)整目標(biāo)成像的亮度來改善目標(biāo)的成像質(zhì)量。但是在實(shí)際使用中，受被拍攝物體的亮度、運(yùn)動(dòng)方式、背景環(huán)境等多種因素影響，攝像機(jī)的曝光參數(shù)的調(diào)節(jié)有時(shí)比較困難，特別是物體本身亮度較強(qiáng)的情況下，參與成像的主要光譜對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)太大，使得攝像機(jī)接收CCD飽和，而目標(biāo)輪廓對(duì)應(yīng)的成像光譜光強(qiáng)較弱，所以輪廓不清晰。只靠攝像機(jī)自身降低曝光參數(shù)來進(jìn)行目標(biāo)的清晰成像并不是那么容易，因此，僅僅依靠調(diào)整曝光參數(shù)是無(wú)法從根本上解決成像質(zhì)量清晰與否的問題，需要設(shè)計(jì)一套載有不同波段濾光片的濾波轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤來裝夾濾光片，濾波裝置與攝影機(jī)時(shí)序匹配。本文中設(shè)計(jì)的濾波載盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，不拍攝；電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，攝影機(jī)工作。濾波轉(zhuǎn)動(dòng)裝置通過選擇適當(dāng)?shù)母咄ā⒌屯ɑ驇V波片，將干擾目標(biāo)成像的光譜成分濾除，使目標(biāo)在圖像中的對(duì)比度得到改善。

1 濾波裝置的組成

濾波裝置是將裝載不同波長(zhǎng)性能濾光片的轉(zhuǎn)輪置于攝影或攝像機(jī)之前，在攝影、攝像機(jī)工作時(shí)，控制轉(zhuǎn)輪，使不同波長(zhǎng)的光成像，比較成像的質(zhì)量，決定濾光波長(zhǎng)。

本套裝置選用常規(guī)攝像機(jī)，考慮到目標(biāo)距離攝影點(diǎn)很遠(yuǎn)，使用伽利略系統(tǒng)，目鏡放大倍數(shù)為10倍，焦距為25mm，物鏡焦距為900mm，總角放大倍數(shù)為36倍，有連拍功能。濾波裝置由機(jī)械載片轉(zhuǎn)盤、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、控制電路以及顯示設(shè)備組成。

主要完成以下功能：

（1）控制機(jī)能夠帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤在0.5s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)72°。

（2）完成轉(zhuǎn)動(dòng)后滯留一段時(shí)間，繼續(xù)下一步，滯留時(shí)間以0.1s為單位可調(diào)。

（3）運(yùn)行速度、加速度可調(diào)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度以0.9°為單位可調(diào)。

（4）具有顯示功能，顯示參數(shù)設(shè)置信息以及電機(jī)運(yùn)行信息。

（5）具備串口功能，可以方便進(jìn)行程序燒寫，并可與上位機(jī)交互通信及控制。

2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置

2.1 步進(jìn)電機(jī)選型

攝像機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)電機(jī)要求較高，不僅啟動(dòng)速度要快，而且停止后定位要準(zhǔn)確，但在設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，不易停止下來。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用永磁式步進(jìn)電機(jī)可以滿足本裝置中對(duì)電機(jī)的要求：電機(jī)既可滿足帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤高速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，又可滿足在停止時(shí)轉(zhuǎn)盤定位準(zhǔn)確無(wú)過沖現(xiàn)象，同時(shí)功率消耗較小。

步進(jìn)電機(jī)型號(hào)定為：85BYGH-201。

2.2 控制電路設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)控制方框圖如圖2所示。

為了保證本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，經(jīng)過論證，步進(jìn)電機(jī)控制器采用STC89C52單片機(jī)芯片，能夠滿足本裝置使用要求。該系統(tǒng)能夠發(fā)出脈寬、頻率、脈沖個(gè)數(shù)均可控制的方波，控制電機(jī)運(yùn)行，并且還可以利用串口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序的燒寫，對(duì)其功能可以進(jìn)一步擴(kuò)展。其整體的電路圖如圖3所示。

采用SMC1602A液晶顯示器，能夠?qū)V波裝置的參數(shù)設(shè)置及工作狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示出來，供操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。操作人員可以通過操作液晶顯示器面板的控制按鍵，實(shí)現(xiàn)裝置控制參數(shù)的顯示、設(shè)置、電機(jī)運(yùn)行和停止等功能。如圖4所示是按鍵控制電路圖。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)采用多中斷系統(tǒng)，分析判斷中斷標(biāo)志位，確定有無(wú)中斷以及中斷方式，確定中斷方式后再通過查詢方式判斷具體工作模式，最后執(zhí)行相對(duì)應(yīng)程序。軟件控制流程如圖5所示。

3 實(shí)驗(yàn)分析

采用普通攝像機(jī)加裝本濾波裝置，濾波片濾光范圍在300nm至1200nm之間，對(duì)150米以外的物體做光譜采集，不漏掉目標(biāo)，干擾光不進(jìn)入系統(tǒng)，電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤按照預(yù)設(shè)程序，與攝像系統(tǒng)配合，依次拍下目標(biāo)光譜信息。本濾波裝置正確地在外場(chǎng)采集了目標(biāo)光譜。如圖6為拍攝照片濾波對(duì)比效果圖。

綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從圖中可以看出，濾波裝置正常工作，濾波效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本套濾波裝置采用步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)，脈沖頻率控制轉(zhuǎn)速，脈沖個(gè)數(shù)控制轉(zhuǎn)角，使曝光與傳動(dòng)匹配。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，用常規(guī)攝影攝像儀器、濾光片，經(jīng)過光譜濾波后改進(jìn)像質(zhì)效果很明顯，得到較好的像質(zhì)。

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作者簡(jiǎn)介

篇（9）

不論社會(huì)經(jīng)濟(jì)如何飛速，對(duì)于電機(jī)的控制在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦缺少了電機(jī)的控制，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，從而對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，需要滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全等特性。如果仍然使用人工方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造。

目前的單片機(jī)廣泛的應(yīng)用在很多的場(chǎng)合，在以下的民用電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、智能儀表、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口、軍工領(lǐng)域、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本次的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用單片機(jī)控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

本文采用AT89C51單片機(jī)作為硬件核心實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過采集電路采集電機(jī)的速度信息，并與設(shè)定的速度進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)，偏差信號(hào)通過PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證電機(jī)的恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

AT89C51單片機(jī)溫度測(cè)控儀采用Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，采用雙列直插封裝（DIP），有40個(gè)引腳。該單片機(jī)采用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，與美國(guó)Intel公司生產(chǎn)的MCS—51系列單片機(jī)的指令和引腳設(shè)置兼容。其主要特征如下：8位CPU；內(nèi)置4K字節(jié)可重復(fù)編程Flash，可重復(fù)擦寫1000次；完全靜態(tài)操作：0Hz～24Hz，可輸出時(shí)鐘信號(hào)；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；128B×8的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；32根可編程I/O線；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；中斷系統(tǒng)有6個(gè)中斷源，可編為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)；一個(gè)全雙工可編程串行通道；可編程串行UART通道；具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式。

1電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于電機(jī)的整流電路在實(shí)際的應(yīng)用過程中已經(jīng)非常成熟，因此可以參考相關(guān)的電機(jī)設(shè)計(jì)資料，在本論文中就不做相應(yīng)的贅述。

1.1功率驅(qū)動(dòng)模塊

功率驅(qū)動(dòng)模塊是電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在本文的電機(jī)控制系統(tǒng)中，采用的是IR公司的IRAMS10UP60A，這款集成電路具有硬件電路簡(jiǎn)單，并且穩(wěn)定性和安全性、可靠性高等特點(diǎn)。在這款電路中具有自舉電路和過溫過流保護(hù)，這樣能夠保證閉環(huán)速度控制系統(tǒng)的功能。

1.2檢測(cè)電路

在本篇論文中采用的是無(wú)刷直流電機(jī)自帶的霍爾元件式的位置傳感器，霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。霍爾元件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)μm級(jí)）。采用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)-55℃～150℃。

通過遮光盤的齒部的遮擋與不遮擋，使霍爾元件產(chǎn)生高、低電平信號(hào)，從而提供了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，遮光盤的齒部進(jìn)入霍爾傳感器定子內(nèi)，此時(shí)由于永磁塊的磁力線被齒部所短路，磁力線不穿越霍爾元件，霍爾元件輸出為“1”（高電平）；當(dāng)齒部離開時(shí)，磁力線穿越霍爾元件，霍爾元件輸出為“0”（低電平），這樣，根據(jù)這三個(gè)霍爾元件的輸出狀態(tài)，就可以準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)子的磁極位置。

1.3電流采樣設(shè)計(jì)

2電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3結(jié)論

隨著性能高的微處理器的出現(xiàn)，采用高性能的處理器可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)還能夠提高系統(tǒng)的安全性、可靠性。根據(jù)這種方法設(shè)計(jì)的電機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電機(jī)控制系統(tǒng)相比較在成本上具有很大的優(yōu)勢(shì)。本文利用ATMEL公司的AT89C51的單片機(jī)，設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，并給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)流程，這種芯片式的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的時(shí)間，降低了開發(fā)成本，能夠很好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

參考文獻(xiàn)：

篇（10）

陽(yáng)極作為鋁電解的心臟，它的質(zhì)量好壞，不但影響電解槽的平穩(wěn)生產(chǎn)，還影響著電解的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，如：陽(yáng)極消耗、電能消耗、鋁液質(zhì)量；同時(shí)還對(duì)節(jié)能減排指標(biāo)中的煙氣排放有著直接的影響。

炭陽(yáng)極組裝車間是把電解返回的殘極進(jìn)行電解質(zhì)清理、殘極壓脫、磷鐵環(huán)壓脫，并把焙燒塊和鋁導(dǎo)桿—鋼爪組用熔化的磷生鐵進(jìn)行連接成為具有一定機(jī)械強(qiáng)度、較小比電阻的整體，同時(shí)對(duì)殘極進(jìn)行破碎，破碎后的殘極返回成型車間供配料使用。

其質(zhì)量控制主要有：殘極料中灰分、磷生鐵的控制；澆鑄質(zhì)量及組裝塊表面附著的磷生鐵、填充焦的控制；磷生鐵的配比控制。

一、 陽(yáng)極炭塊中灰分、磷生鐵產(chǎn)生的原因

1、 灰分產(chǎn)生的原因：

1）軟殘極產(chǎn)生

殘極是陽(yáng)極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中使用以后換下的殘余部分，其表面覆蓋有氧化鋁和氟化鹽，將其清理掉后經(jīng)破碎返回成型作為陽(yáng)極材料的原料，以提高生陽(yáng)極的體積密度、降低空氣滲透率、提高抗壓強(qiáng)度等。但由于殘極在電解槽上高溫電解質(zhì)中使用了近30天，其表面層硬度較小、空隙度大、抗氧化性能較差、著火點(diǎn)低等，此部分軟殘極進(jìn)入成型配料后，將對(duì)陽(yáng)極質(zhì)量帶來很大的影響，造成電解更大的損失。

2）收塵系統(tǒng)產(chǎn)生

殘極壓脫、破碎時(shí)產(chǎn)生的大量粉料經(jīng)收塵系統(tǒng)收塵后進(jìn)入殘極皮帶，最終返到陽(yáng)極下到工序成型生產(chǎn)線，導(dǎo)致陽(yáng)極Si 元素含量增加。這些收塵粉料雜質(zhì)含量高、性狀疏松、假比重小、理化性能低劣，對(duì)電解的陽(yáng)極凈耗、電流效率影響較大，不應(yīng)上線參與陽(yáng)極生產(chǎn)。

另外工作現(xiàn)場(chǎng)、工序衛(wèi)生清掃等產(chǎn)生的臟料也會(huì)帶入一部分灰分。

2、 鐵含量增加產(chǎn)生的原因：

1） 殘極中攜帶有部分未分離的磷鐵

殘極壓脫時(shí)，少量與殘極結(jié)合緊密的磷鐵被壓脫下來，這部分磷鐵在殘極皮帶上未被電磁除鐵器清除下來或除鐵器上的鐵未及時(shí)清理，被殘極掛掉，從而進(jìn)入成型配料生產(chǎn)線，致使陽(yáng)極鐵含量增加。

措施：將電磁除鐵器改為永磁體除鐵器。

2） 澆鑄后陽(yáng)極表面磷生鐵清理不干凈

陽(yáng)極組裝塊在澆鑄站澆鑄時(shí)，會(huì)產(chǎn)生少部分外溢鐵水，飛濺到陽(yáng)極表面上和鐵珠落入炭碗內(nèi)，人工清理外溢冷凝鐵，碎鐵屑和鐵珠靠人工清理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且清掃不干凈，這部分鐵將進(jìn)入電解生產(chǎn)線，導(dǎo)致鋁液鐵含量增高。

二、 改進(jìn)措施

1、 加裝軟殘極清理機(jī)，清除殘極表面上的軟殘極及灰分

電解返回的殘極經(jīng)電解質(zhì)清理機(jī)（鋼球拋丸機(jī)）或人工電解質(zhì)清理后，其殘極上部及底部仍有1—2mm的軟殘極，本機(jī)能有效的清除這部分軟殘極。

本機(jī)由電機(jī)、傳動(dòng)裝置、鋼刷、殘極推車機(jī)、收塵系統(tǒng)等部份組成，如圖1所示：

圖1、清理機(jī)總裝示意圖

電解返回的殘極經(jīng)裝卸站上鏈后，在電解質(zhì)清理機(jī)前的道叉上裝設(shè)一套殘極厚度自動(dòng)檢測(cè)裝置，厚度大于400mm的殘極進(jìn)入旁通鏈，小于400mm的進(jìn)入清理機(jī)進(jìn)行清理。

本清理機(jī)安裝于電解質(zhì)清理機(jī)后的鋼結(jié)構(gòu)架上，頂部接收塵管道，底部有皮帶輸送機(jī)，當(dāng)殘極由懸鏈輸送機(jī)送入本機(jī)，殘極推車機(jī)的入口側(cè)夾板被導(dǎo)桿抬起，當(dāng)導(dǎo)桿全部進(jìn)入夾具后，入口側(cè)夾板在重力作用下自動(dòng)把導(dǎo)桿夾緊，同時(shí)導(dǎo)桿壓下殘極推車機(jī)的氣缸控制開關(guān)，氣缸拖動(dòng)推車機(jī)及帶殘極的導(dǎo)桿向前移動(dòng)進(jìn)入清理室。高壓壓縮空氣間隙噴吹，清除殘極表面灰分及電解質(zhì)；電機(jī)拖動(dòng)清理滾筒高速旋轉(zhuǎn)，鋼刷采用鋼絲繩，由于離心力的作用，殘極上的電解質(zhì)層被鋼絲繩刮削清除干凈。當(dāng)氣缸拖動(dòng)推車機(jī)及帶殘極的導(dǎo)桿清刷完畢后，由于出口側(cè)夾板被固定機(jī)架上的擋塊抬起，帶殘極的導(dǎo)桿由懸鏈輸送機(jī)拖走，同時(shí)導(dǎo)桿不再壓迫氣缸控制開關(guān)，氣缸自動(dòng)換向并快速返回，完成一個(gè)清刷工作循環(huán)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，由于是在鏈不停頓自動(dòng)清理，鋼刷靠離心力的作用，因此可以自動(dòng)適應(yīng)小于400mm的厚、薄殘極的軟殘極清除。該機(jī)各部件的示意圖如下：

圖2、 殘極推車機(jī)示意圖

2、 裝設(shè)陽(yáng)極組裝塊表面碎鐵、雜質(zhì)清吹裝置

方案：用一個(gè)兩個(gè)出口，一個(gè)進(jìn)氣口的儲(chǔ)氣包，裝兩個(gè)二位二通先導(dǎo)式電磁換向閥，從懸鏈道叉檢測(cè)開關(guān)上引出一個(gè)電信號(hào)控制電磁換向閥的動(dòng)作。組裝好的陽(yáng)極由懸鏈輸送至檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)的位置，電磁換向閥動(dòng)作，8個(gè)噴吹頭分別對(duì)4個(gè)炭碗的兩側(cè)進(jìn)行噴吹清掃。

由于噴吹清掃會(huì)產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，清掃位置必須制作一個(gè)密封倉(cāng)，把陽(yáng)極塊密封，而且須有除塵裝置。除塵裝置由除塵器引一收塵口至密封倉(cāng)，收集吹掃中引起的揚(yáng)塵。

三、 結(jié)束語(yǔ)

1、 電解鋁用軟殘極清理機(jī)，能夠有效地清除殘極表面附著的電解質(zhì)層，給下道工序提供合格的殘極，由于外部有收塵系統(tǒng)，該機(jī)不對(duì)外部環(huán)境造成污染，而且噪音小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、制造費(fèi)用低廉，清理效果好，維護(hù)方便，為自制軟殘極清理提供了新的思路。

2、 陽(yáng)極組裝塊表面碎鐵、雜質(zhì)清吹裝置，能夠有效的吹掃組裝塊表面附著的炭粉及炭碗內(nèi)的碎鐵，由于是在鏈自動(dòng)吹掃，不必增加其他附屬工藝設(shè)施，降低了陽(yáng)極組裝塊的生產(chǎn)成本，提高了原鋁質(zhì)量。

四、 參考文獻(xiàn)