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城市现代化进程的加快,使城市人口和城建密度量急剧增加,日趋严重的交通堵塞问题面临更巨大的挑战,大大限制了高效快捷的城市化发展。轨道交通作为新型交通工具受到了广泛的关注,牵引技术尤为关键。相比于采用旋转电机的轨道交通牵引系统,直线电机牵引系统有结构简单、效率高、爬坡能力强、噪声小等显著的优势。本文以一种永磁体和绕组均放置于初级(列车),次级(轨道)仅由导磁铁芯构成的新型直线游标永磁(Linear vernier permanent-magnet,LVPM)电机为研究对象,以直接推力控制(Direct Thrust Force Control,DTFC)为研究重点,针对直线游标永磁电机控制系统速度环节存在的非线性饱和和推力脉动大等问题,提出一种改进式DTFC策略;针对逆变器开关管开路故障的情况,提出一种新的开绕组容错DTFC策略。仿真和实验结果验证了所提出算法的正确性。本文的主要研究内容如下:1.分析了LVPM电机的结构特性以及磁场分布、反电势、电感、定位力等静态特性,推导了LVPM电机在各坐标系之间的变换矩阵,并构建了不同坐标系下LVPM电机的数学模型,为后续的仿真建模奠定了基础。2.介绍了LVPM电机DTFC基本理论,包括电机逆变器拓扑、DTFC基本原理、推力和磁链的控制及相关观测器的设计。基于DTFC的基本理论实现传统DTFC系统,并通过建立仿真模型对传统DTFC进行仿真分析,为下文的DTFC算法改进提供良好的理论基础。3.针对传统DTFC策略存在的非线性饱和和推力脉动大等问题,提出一种基于抗饱和PI控制器和占空比调制的改进式DTFC策略。新型抗饱和PI控制器采用变结构的积分环节,能快速地退出饱和区;改进式DTFC采用了开关频率固定的占空比调制方式。通过在Matlab/Simulink建模仿真,分析所提的改进式DTFC的正确性。完成电机控制实验系统的软硬件设计,并搭建了控制系统实验平台。基于该平台,对传统DTFC和改进式DTFC进行了实验对比研究,验证了所提改进式DTFC算法的有效性。4.针对逆变器开关管开路故障,提出了一种新的开绕组容错DTFC策略,通过打开电机绕组中性点构成开绕组系统,进行容错拓扑重构,利用剩余的开关管进行双逆变器脉宽调制。仿真分析及实验结果,表明了该容错DTFC算法的可行性。