提高永磁电机输出线性度方法、装置、计算机和介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种提高永磁电机输出线性度方法、装置、计算机和介质，该方法包括根据预设电流值向永磁电机通入电流；测量获得永磁电机的动子的位移信息；将预设电流值和位移信息代入至预设电机动力学模型中求解，得到校正后的电磁力系数；将校正后的电磁力系数和目标输出动力代入至预设电机动力学模型，计算得到输出电流值；根据输出电流值向永磁电机通入电流。将输入至永磁电机的预设电流值和实时测量得到的动子的位移信息输入至预设电机动力学模型中，对电磁力系数校正，得到精确的电磁力系数，根据校正后的电磁力系数和目标输出动力输入至电机动力学模型，能够使得输出电流值产生的输出的动力更为线性，使得对永磁电机的控制精度得到提高。精度得到提高。精度得到提高。

【技术实现步骤摘要】
提高永磁电机输出线性度方法、装置、计算机和介质


[0001]本专利技术涉及电机驱动
，特别涉及一种提高永磁电机输出线性度方法、装置、计算机和介质。

技术介绍

[0002]永磁同步旋转电机、直线电机、平面电机等均是利用永磁体与通电线圈相互间产生的电磁作用力实现驱动，可以统一归类为永磁电机。永磁电机利用永磁体提供励磁，具有结构简单、功率密度高、定位精度高、反应速度快、安全可靠等优点，广泛应用于各类机电系统场合。
[0003]对于一般运动系统，单相永磁旋转电机转矩与驱动电流可以近似为线性关系，即电机转矩随驱动电流线性增大或减小。然而对于精密与超精密运动系统应用，由于电机电枢线圈、磁场的空间变化、制造误差，电机转矩与驱动电流之间表现出明显非线性，给系统运动控制算法设计带来困难，将显著影响系统运动精度。
[0004]一般的永磁电机的驱动原理是向线圈中通入相位差120
°
的三相电流，并且与电磁磁场分布相位垂直。理想情况下通电线圈与永磁体间电磁相互作用合力或合力矩与三相电流幅值成正比。然而，由于永磁体磁场强度在空间分布上不是理想的正弦规律变化，使得作用于通电线圈的电磁力合力偏离理想值，实际输出的电机推力或力矩与电流幅值之间，以及与目标输出力之间偏离线性关系，即电机输出线性度降低，同样将极大增加电机控制难度，使电机难以满足高响应速度、高定位精度目标。例如，在直线电机中存在推力波动现象，现有研究通常将引起推力波动的因素归纳为齿槽效应、端部效应、纹波推力等。推力波动将降低直线电机的推力线性度，即电机电流与实际输出推力间的关系偏离线性，进而造成电机驱动的强非线性，给电机精准控制带来较大困难。
[0005]为提高电机输出线性度，常见的解决方法为优化电机结构设计以尽可能减小输出力非线性，参见专利CN113054762、专利CN213547339，然而结构优化不仅增加了制造成本，且只能降低、无法完全消除电机输出力非线性。
[0006]此外，另一类提高电机输出线性度方法，通过对电机精确建模以计算电机内电磁场分布以期准确计算出电机实际输出力或力矩，参见沈海涛,汪奇,吉晓凯,张凯,周原.直线电机推力波动补偿技术.电机与控制应用,2022,49(09):44
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49+56.以及刘成颖,王昊,张之敬,沈祥明.基于非线性电感分析的永磁直线同步电机电磁推力特性研究.中国电机工程学报,2011,31(30):69
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76.。然而，不论是利用解析方法或是有限元仿真方法计算电磁场分布，均是利用建立的电机结构模型开展计算，由于实际中电机在部件加工、安装过程中产生结构参数实际值与理论模型值不一致，例如模型中永磁体的间距、尺寸、形状与极化强度，线圈与永磁体的相对位置等与实际情况存在偏差，进而导致电磁场计算结果、电磁力计算结果与相应的实际值之间产生偏差，电机输出线性度仍然受到限制。
[0007]综上所述，提高电机输出线性度对提高永磁电机的响应速度、定位精度等性能具有重要意义，现有的补偿电机输出力非线性方法从通过建立尽可能逼近真实电机结构的电
磁场模型入手，通过模型计算确定线圈电流输入，计算结果将不可避免地存在因模型不准确引起的误差，因此线性度提升有限，仍难以满足精密与超精密运动场合对电机输出线性度提出的高要求。

技术实现思路

[0008]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种提高永磁电机输出线性度方法、装置、计算机和介质。
[0009]一种提高永磁电机输出线性度方法，包括：
[0010]获取预设电流值，根据所述预设电流值向永磁电机通入电流；
[0011]测量获得所述永磁电机的动子的位移信息；
[0012]将所述预设电流值和所述位移信息代入至预设电机动力学模型中求解，得到校正后的电磁力系数；
[0013]获取目标输出动力；
[0014]将校正后的所述电磁力系数和所述目标输出动力代入至所述预设电机动力学模型，计算得到输出电流值。
[0015]在其中一个实施例中，所述获取预设电流值，根据所述预设电流值向永磁电机通入电流的步骤包括：
[0016]获取基于预设规律变化的所述预设电流值，根据所述预设电流值向所述永磁电机通入电流。
[0017]在其中一个实施例中，所述测量获得所述永磁电机的动子的位移信息的步骤包括：
[0018]测量所述永磁电机的动子随所述预设电流值的变化而产生变化的位移，获得的所述位移信息。
[0019]在其中一个实施例中，在所述预设电机动力学模型中，所述永磁电机的三相线圈的电磁合力之和等于所述永磁电机的输出动力，其中，每一相的所述电磁合力为该相线圈的电磁力系数与该相线圈的电流的乘积。
[0020]在其中一个实施例中，在所述预设电机动力学模型中，所述永磁电机的三相线圈的电磁合力之和减去所述永磁电机的动子的摩擦力等于所述永磁电机的输出动力，其中，每一相的所述电磁合力为该相线圈的电磁力系数与该相线圈的电流的乘积。
[0021]在其中一个实施例中，所述将校正后的所述电磁力系数和所述目标输出动力代入至所述预设电机动力学模型，计算得到输出电流值的步骤包括：
[0022]将校正后的所述电磁力系数和所述目标输出动力代入至非线性方程组，其中，所述非线性方程组由所述预设电机动力学模型、三相线圈的电流关系式、电机线圈总功率计算式构建；
[0023]求解所述非线性方程组计算得到输出电流值。
[0024]一种提高永磁电机输出线性度装置，包括：
[0025]预设电流值获取模块，用于获取预设电流值，根据所述预设电流值向永磁电机通入电流；
[0026]位移信息测量模块，用于测量获得所述永磁电机的动子的位移信息；
[0027]电磁力系数校正模块，用于将所述预设电流值和所述位移信息代入至预设电机动力学模型中求解，得到校正后的电磁力系数；
[0028]目标输出动力获取模块，用于获取目标输出动力；
[0029]输出电流值计算模块，用于将校正后的所述电磁力系数和所述目标输出动力代入至所述预设电机动力学模型，计算得到输出电流值。
[0030]一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述提高永磁电机输出线性度方法的任一实施例中的步骤。
[0031]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述提高永磁电机输出线性度方法的任一实施例中的步骤。一种计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述提高永磁电机输出线性度方法的任一实施例中的步骤。
[0032]上述提高永磁电机输出线性度方法、装置、计算机和介质，将输入至永磁电机的预设电流值和实时测量得到的动子的位移信息输入至预设电机动力学模型中，对电磁力系数进行校正，从而得到精确的电磁力系数，并根据校正后的电磁力系数和目标输出动力输入至电机动力学模型，计算得到输出电流值，通过上述过程，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高永磁电机输出线性度方法，其特征在于，包括：获取预设电流值，根据所述预设电流值向永磁电机通入电流；测量获得所述永磁电机的动子的位移信息；将所述预设电流值和所述位移信息代入至预设电机动力学模型中求解，得到校正后的电磁力系数；获取目标输出动力；将校正后的所述电磁力系数和所述目标输出动力代入至所述预设电机动力学模型，计算得到输出电流值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取预设电流值，根据所述预设电流值向永磁电机通入电流的步骤包括：获取基于预设规律变化的所述预设电流值，根据所述预设电流值向所述永磁电机通入电流。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量获得所述永磁电机的动子的位移信息的步骤包括：测量所述永磁电机的动子随所述预设电流值的变化而产生变化的位移，获得的所述位移信息。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预设电机动力学模型中，所述永磁电机的三相线圈的电磁合力之和等于所述永磁电机的输出动力，其中，每一相的所述电磁合力为该相线圈的电磁力系数与该相线圈的电流的乘积。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预设电机动力学模型中，所述永磁电机的三相线圈的电磁合力之和减去所述永磁电机的动子的摩擦力等于所述永磁电机的输出动力，其中，每一相的所述电磁合力为该相线圈的电磁力系数与该相线圈的电流的乘积。6.根据权利要求1
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5任一项中...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡金春，朱煜，文庭瑞，徐登峰，张鸣，王磊杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：