分段直线电机推力波动拟合方法技术

一种分段直线电机推力波动拟合方法，属于电机推力补偿技术领域。本发明专利技术针对分段直线电机推力波动谐波分量复杂，现有推力波动拟合方式不适用的问题。包括：获取分段直线电机在全行程范围内的推力波动波形；对所述推力波动波形进行傅里叶变换，将傅里叶变换后的频谱图依据动子相对定子分段对应位置的谐波特征区分为段内区域和段间区域；按段内区域和段间区域分别进行推力波动拟合，获得体现推力波动与位置函数关系的段内区域推力波动拟合结果表达式和段间区域推力波动拟合结果表达式。本发明专利技术降低了需要考虑的谐波次数，简化了推力波动的前馈补偿计算。前馈补偿计算。前馈补偿计算。

【技术实现步骤摘要】
分段直线电机推力波动拟合方法


[0001]本专利技术涉及分段直线电机推力波动拟合方法，属于电机推力补偿


技术介绍

[0002]在直线电机的精密位置控制领域，推力波动作为主要的扰动之一，一直是研究和关注的重点。
[0003]为进一步扩大直线电机的应用领域，长行程的分段直线电机逐渐出现，该种直线电机和传统的直线电机的主要区别在于，它在段间过渡阶段的推力波动特征有别于段内区域；传统的直线电机推力的波形一般呈现以极距为周期的谐波特征，如图12所示；但是在分段直线电机段间区域，推力波动的谐波分量更加复杂，既有以槽距为周期的推力波动谐波分量，也有以齿距为周期的谐波分量，如图2所示。因此传统的推力波动拟合方式不适用于分段直线电机。

技术实现思路

[0004]针对分段直线电机推力波动谐波分量复杂，现有推力波动拟合方式不适用的问题，本专利技术提供一种分段直线电机推力波动拟合方法。
[0005]本专利技术的一种分段直线电机推力波动拟合方法，包括，
[0006]获取分段直线电机在全行程范围内的推力波动波形；
[0007]对所述推力波动波形进行傅里叶变换，将傅里叶变换后的频谱图依据动子相对定子分段对应位置的谐波特征区分为段内区域和段间区域；
[0008]按段内区域和段间区域分别进行推力波动拟合，获得体现推力波动与位置函数关系的段内区域推力波动拟合结果表达式和段间区域推力波动拟合结果表达式。
[0009]根据本专利技术的分段直线电机推力波动拟合方法，将段内区域推力波动拟合结果表达式和段间区域推力波动拟合结果表达式体现的推力转化为推力波动补偿电流，用于实现对直线电机的前馈补偿。
[0010]根据本专利技术的分段直线电机推力波动拟合方法，对段内区域进行分析，确定推力波动的成分包括0.5倍、1倍和2倍电机极距的谐波分量。
[0011]根据本专利技术的分段直线电机推力波动拟合方法，段内区域推力波动拟合结果表达式为：
[0012][0013]式中为拟合的推力波动值，a1为0.5倍电机极距正弦谐波分量的幅值，b1为0.5倍电机极距余弦谐波分量的幅值，v为动子速度，τ为电机极距，x为动子位置，为0.5倍电机极距正弦谐波分量的初始相位角，ψ1为0.5倍电机极距余弦谐波分量的初始相位角；a2为1倍
电机极距正弦谐波分量的幅值，b2为1倍电机极距余弦谐波分量的幅值，为1倍电机极距正弦谐波分量的初始相位角，ψ2为1倍电机极距余弦谐波分量的初始相位角；a3为2倍电机极距正弦谐波分量的幅值，b3为2倍电机极距余弦谐波分量的幅值，为2倍电机极距正弦谐波分量的初始相位角，ψ3为2倍电机极距余弦谐波分量的初始相位角。
[0014]根据本专利技术的分段直线电机推力波动拟合方法，对段间区域进行分析，确定推力波动的成分包括0.75倍、1倍和2倍定子齿距的谐波分量。
[0015]根据本专利技术的分段直线电机推力波动拟合方法，段间区域推力波动拟合结果表达式为：
[0016][0017]式中a4为0.75倍定子齿距正弦谐波分量的幅值，b4为0.75倍定子齿距余弦谐波分量的幅值，τ
s
为定子齿距，为0.75倍定子齿距正弦谐波分量的初始相位角，ψ4为0.75倍定子齿距余弦谐波分量的初始相位角；a5为1倍定子齿距正弦谐波分量的幅值，b5为1倍定子齿距余弦谐波分量的幅值，为1倍定子齿距正弦谐波分量的初始相位角，ψ5为1倍定子齿距余弦谐波分量的初始相位角；a6为2倍定子齿距正弦谐波分量的幅值，b6为2倍定子齿距余弦谐波分量的幅值，为2倍定子齿距正弦谐波分量的初始相位角，ψ6为2倍定子齿距余弦谐波分量的初始相位角。
[0018]本专利技术的有益效果：本专利技术方法依据谐波的主要谐波特征将电机行程分为段间、段内两个部分分别进行补偿；相对于现有方式，降低了需要考虑的谐波次数，简化了推力波动的前馈补偿计算。
[0019]经实验验证，本专利技术方法在高速以及低速情况下均能够对推力波动导致的位置控制误差进行良好的补偿，能够有效的降低由于分段直线电机推力波动带来的位置控制误差。
附图说明
[0020]图1是本专利技术所述分段直线电机推力波动拟合方法的流程图；
[0021]图2是本专利技术所述分段直线电机的推力波动波形图；
[0022]图3是对图2进行傅里叶变换得到的频谱图；
[0023]图4是对图3的段内区域进行分析，得到的傅里叶分析结果；
[0024]图5是对图3的段间区域进行分析，得到的傅里叶分析结果；
[0025]图6是按段内区域和段间区域的分区域推力波动拟合波形图；
[0026]图7是将本专利技术方法获得的推力波动值用于直线电机前馈补偿的框图；
[0027]图8是无推力波动补偿下低速v＝20mm/s时动子的参考轨迹以及位置误差；
[0028]图9是无推力波动补偿下高速v＝400mm/s时动子的参考轨迹以及位置误差；
[0029]图10是采用本专利技术方法获得的推力波动值对图8所示v＝20mm/s时动子的参考轨迹进行补偿后的位置误差；
[0030]图11是采用本专利技术方法获得的推力波动值对图9所示v＝400mm/s时动子的参考轨迹进行补偿后的位置误差；
[0031]图12是传统直线电机的推力波动波形图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0035]具体实施方式一、结合图1所示，本专利技术提供了一种分段直线电机推力波动拟合方法，包括，
[0036]获取分段直线电机在全行程范围内的推力波动波形；
[0037]对所述推力波动波形进行傅里叶变换，将傅里叶变换后的频谱图依据动子相对定子分段对应位置的谐波特征区分为段内区域和段间区域；
[0038]按段内区域和段间区域分别进行推力波动拟合，获得体现推力波动与位置函数关系的段内区域推力波动拟合结果表达式和段间区域推力波动拟合结果表达式。
[0039]进一步，结合图7所示，将段内区域推力波动拟合结果表达式和段间区域推力波动拟合结果表达式体现的推力转化为推力波动补偿电流，用于实现对直线电机的前馈补偿。
[0040]对图12所示的传统直线电机的推力波动抑制可以将其进行傅里叶分析，提取出以极距为周期的各次谐波分量，采用其中幅值较大的分量重构推力波动，并且根据位置指令进行前馈补偿；但是这种方法对于分段直线电机的实行存在较大的问题，可以首先对图2所示的分段直线电机进行傅里叶分析，得到的频谱图如图3所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分段直线电机推力波动拟合方法，其特征在于包括，获取分段直线电机在全行程范围内的推力波动波形；对所述推力波动波形进行傅里叶变换，将傅里叶变换后的频谱图依据动子相对定子分段对应位置的谐波特征区分为段内区域和段间区域；按段内区域和段间区域分别进行推力波动拟合，获得体现推力波动与位置函数关系的段内区域推力波动拟合结果表达式和段间区域推力波动拟合结果表达式。2.根据权利要求1所述的分段直线电机推力波动拟合方法，其特征在于，将段内区域推力波动拟合结果表达式和段间区域推力波动拟合结果表达式体现的推力转化为推力波动补偿电流，用于实现对直线电机的前馈补偿。3.根据权利要求1或2所述的分段直线电机推力波动拟合方法，其特征在于，对段内区域进行分析，确定推力波动的成分包括0.5倍、1倍和2倍电机极距的谐波分量。4.根据权利要求3所述的分段直线电机推力波动拟合方法，其特征在于，段内区域推力波动拟合结果表达式为：式中为拟合的推力波动值，a1为0.5倍电机极距正弦谐波分量的幅值，b1为0.5倍电机极距余弦谐波分量的幅值，v为动子速度，τ为电机极距，x为动子位置，为0.5倍电机极距正弦谐波分量的初始相位角，ψ1为0.5倍电机极距余弦谐波分量的初始相位角；a2为1倍电机极距正弦谐波分量的幅值，b2为1倍电机极...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明义，康凯，孙钦伟，李立毅，王鑫鑫，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：