[发明专利]一种磁通切换直线电机速度脉动抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁通切换直线电机速度脉动抑制方法，属于直线电机速度脉动控制领域。

背景技术

自1863年世界上第一条地铁(6km)在英国伦敦投入运营，迄今已有140多年的历程。据日本地铁协会公布，目前，全球己有40多个国家和地区的120多个城市拥有地铁，总营运里程超过7000km，地铁已成为城市轨道交通运载工具的主流模式。此外，轻轨、有轨电车、市郊通勤车以及新交通系统都获得了不同程度的应用与发展。它们都是一种通过旋转电机驱动，依靠轮轨黏着作用来传递牵引/制动力的传统的技术模式。这种技术模式由于其结构简单、技术成熟、承载能力大、运行阻力小等优点，长期以来在技术上得到了不断的完善和扩展，目前仍然主导着城市轨道交通运载系统的发展方向。

这种形式下，直线电机运载系统走上了历史舞台。直线电机运载系统是采用直线电机驱动的城市轨道交通模式。其最早开始于日本和德国对于超导和常导磁悬浮系统的研究中。1971年德国克劳斯一马菲公司生产了第一台采用直线电机驱动的常导磁悬浮样车。1974年日本的高速地面运输系统也采用了直线电机驱动。磁悬浮列车由于仍处于研究阶段，没有得到普及应用。在城市轨道交通中应用的直线电机运载系统不同于磁悬浮，仍然采用轮轨完成其支撑和导向，而利用直线电机来进行驱动，可以认为是介于磁悬浮和重载旋转电机驱动系统的中间模式。从80年代中期加拿大多伦多scarborough线和温哥华skytrain线的建成通车开始，其后20多年中，直线电机运载系统在国外得到了良好的发展，目前全世界己有5个国家共10条直线电机驱动地铁线路投入商业运营，直线电机运载系统正在逐渐成为城市轨道交通的一种主要模式。

当前，永磁直线电机的研究也广泛展开。随着高能稀土永磁材料技术的进步，从上世纪九十年代初期开始，陆续出现了永磁型双凸极永磁电机(DSPM)，随后，1996年和1997年国外分别提出了两种新型的定子永磁型电机：磁通反向永磁电机(FRPM)、磁通切换永磁电机(FSPM)，以上的三种定子永磁型电机，它们的转子结构一致，均为坚固的凸极结构，定子绕组均采用分数槽集中绕组，不同的是永磁体安装的位置和充磁方向不同，它们运行时产生的每相磁链波形和反电动势也不同，而FSPM电机在密度、效率和可控性等方面都占有优势。

虽然LFSPM电机(磁通切换直线电机)具有初级永磁结构带来的性能优势，但该类电机双凸极的结构本质使其具有定位力较高的缺点，LFSPM电机的定位力是由于永磁磁场的存在，动子初级凸极(初级齿)和定子次级凸极(次级极)相互作用引起的。该定位力包括两个部分，即齿槽力和边端力。考虑到多极结构的永磁直线电机的边端力比较小(实施例中的6槽/17极的LFSPM电机的边端力甚至可以忽略不计)，关于消弱和补偿永磁电机定位力的方法，总体来说，可以分为2大类：第一类方法是从电机本体设计出发，如斜槽、齿形修正，傅里叶算法、齿冠开槽和磁极优化等，但是针对电机本体的方法在消弱定位力的同时，会对电机的功率输出能力、空载电势等产生影响，并且增加制造成本，在实际产业化工程中有一定的局限性。第二类方法则通过控制策略来抑制电机定位力，提高其输出性能。文献通过改变q轴电流对永磁同步电机理想情况下的磁槽定位力进行了补偿，并在低速运行场合取得了一些成果，文献提出了一种通过注入相应的谐波电流从而产生附加转分量，使其与定位力中的基波与高次谐波分量幅值相等，相位相反，可互相抵消，从而达到补偿定位力的目的，但以上两种方法都会因为谐波电流的注入而产生额外的定位力，且谐波电流注入过程较为繁琐。近些年，在抑制以时间t域的重复恒定周期性推力波动中得到了广泛的研究，由于定位力在t域中属于非恒定周期信号，而LFSPM电机经常工作在非恒速状态，显然对于以位置为周期的周期性定位力的抑制是不适合的。因此如何克服因为定力过大而引起的LFSPM电机速度脉动的问题，成为了其作为地铁车辆所用电机的一个技术难题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种磁通切换直线电机速度脉动抑制方法，该方法能够有效的抑制定位力和速度脉动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种磁通切换直线电机速度脉动抑制方法，通过注入谐波电流对定位力引起的推力波动进行补偿；同时通过扰动观测器对因摩擦力及参数变化等不确定性因素引起的推力波动进行补偿，进一步消弱推力波动。