1 直線電機原理

　　直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機按徑向剖開，并展成平面而成，如圖1所示。

圖 1 直線電機原理圖及轉(zhuǎn)變過程

　　直線電機的轉(zhuǎn)變過程是由定子演變而來的一側(cè)稱為初級，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級。在實際應(yīng)用時，將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需行程范圍內(nèi)初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級，考慮到制造成本、運行費用等因素，目前一般均采用的是短初級長次級。

　　直線電動機的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動機相似。以直線感應(yīng)電動機為例，當(dāng)初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應(yīng)出電動勢并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產(chǎn)生了電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運動; 反之，則初級做直線運動。

　　2 含高頻注入的直線電機驅(qū)動控制系統(tǒng)

　　一套直線電機應(yīng)用系統(tǒng)不僅要有性能良好的直線電機，還必須具有能在安全可靠的條件下實現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟要求的驅(qū)動器。為此結(jié)合客戶不同應(yīng)用場合需求，我司開發(fā)出了不同形式的直線電機啟動方式(1.強吸;2.根據(jù)霍爾信號;3.高頻注入偵測)。本文主要就高頻注入方式做討論(實現(xiàn)了在不外加霍爾器件下，初始移動量又最小的啟動)。

　　(1)高頻注入原理及推導(dǎo)

　　高頻注入法利用電機的凸極性，通過向電機注入特定形式的高頻信號(注入方波電壓信號，注入頻率大概在幾KHz)，再提取高頻響應(yīng)電流(這些高頻響應(yīng)電流就包含轉(zhuǎn)子位置信息)，將這些高頻響應(yīng)電流送入位置觀測器， 進而得到電機轉(zhuǎn)子的位置，這類方法在原理分析時就忽略了很多低頻分量，故適用于零速情況(如圖2所示)。

　　圖 2 高頻注入控制框圖　　

       當(dāng)高頻電壓注入時，電機的感抗相對于其它電阻的壓降以及磁鏈壓降大很多，則方程化簡為下式：

　(公式1)　

       整理成矩陣方程為：

(公式2)　

　　把公式2兩邊都左乘反park變換矩陣，變換到靜止坐標(biāo)系下，整理公式如下：

　(公式3)　　

      變化得：　　

　(公式4)　

       對公式4求反正切，得：

　　　(2) Simulink 仿真驗證如圖3、圖4 。

圖 3 高頻與低頻信號分離實現(xiàn)圖

圖 4 仿真αβ軸高頻 / 低頻反饋電流圖

       使用反正切求電氣角(電機模型初始角設(shè)PI/4=0.785)， 與圖5紅圈處一致。

圖 5 仿真電氣角圖

　　(3)直線驅(qū)動系統(tǒng)平臺驗證(如圖6所示)。

圖 6 直線驅(qū)動器與直線電機圖

　　①首先，依直線電機參數(shù)建入伺服驅(qū)動器內(nèi)，如圖7 所示。

圖 7 電機參數(shù)設(shè)置界面

　　②設(shè)定參數(shù)Cn009. 2=0，手動電氣角對位完成(也可激磁后，電氣角對位完成) Cn085= 40% 注入電壓duty 大小(如圖8所示)。

圖 8 對位 duty 設(shè)置圖

　?、墼O(shè)定dn-011=1，手動對位開始及完成。如圖9所示，紅線為注入電壓命令藍線為估測電氣角角度。

圖 9 上位機 PClink 追蹤圖

　3 結(jié)語

　　通過高頻注入結(jié)合我司JSDG2S驅(qū)動器，完美地解決了直線電機啟動問題，在不增加額外偵測器件的前提下， 定位初始移動量最小，噪聲最小，保證了直線電機的穩(wěn)定可靠性，滿足了客戶要求。同時，我司直線電機驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用還在持續(xù)推進，未來會針對其他應(yīng)用場景做探討、研究，以適配不同的應(yīng)用環(huán)境。