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本文以辽宁省自然科学基金资助项目“高速高精数控加工中心直线伺服精密控制技术研究(No.20022037)”为背景,分析了机床用永磁直线电机的特点。针对永磁直线电机的推力波动,基于电磁场理论进行了电机的初级和次级结构设计,并采用DSP构建了控制系统模型。 端部效应、齿槽效应是引起永磁直线电机推力波动的主要原因。针对其结构特点提出了基于磁导调制理论的新型电机结构设计方案,利用分数槽绕组理论,使电机具有短距、分布的效果,在保证电机结构具有良好的工艺性同时,有效的减小了电机的推力波动。利用有限元软件ANSYS对这种结构的电机进行了磁场和推力分析,结果证明这种方法能够明显改善直线电机的扰动,并通过实验测试进行了进一步验证。 利用Halbach阵列的自屏蔽效应使永磁直线电机的气隙磁场得到了增强,并针对梯形的Halbach阵列永磁体进行了基于模拟退火算法的优化设计,其结果表明这种结构不但提高了电机的推力密度,而且有效的削弱了推力波动。针对采用陶瓷基板的永磁直线电机,可省去次级轭铁,减小了电机的体积和重量。并且其优化后的结构使电机推力波动进一步减小,为伺服系统的超精密加工和高动态响应提供了理想的条件。 基于矢量控制理论,利用TMS320LF2407A建立了机床用永磁直线电机的伺服系统模型,采用IR2130来驱动IGBT,通过速度、电流的双闭环调节来提高系统的控制精度,其硬件电路设计合理,并具有自保护功能。其软件编程实现了电流采样、速度计算、坐标变换和空间矢量控制等功能。该系统控制精度高、实时性强,能够使永磁直线电机更好的满足于机床高精度加工的要求。