【技术实现步骤摘要】
基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法
[0001]本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法。
技术介绍
[0002]直线电机推力波动的精密测试是指导电机设计和控制的重要前提。推力波动会引起振动和噪音，在低速运行时，电机可能发生共振，运行特性恶化。因此，准确检测出直线电机的推力波动特性十分必要。
[0003]目前，观测直线电机推力波动采用数据模型的方法，数据模型多采用对拖实验来获取定位力数据，但对拖实验中旋转电机本身带来的转矩波动以及连接机构的传递效率和精度很大程度地影响了检测精度。采用加速度传感器获取推力波动数据则能够避免旋转电机的影响。
[0004]数据模型存在着高频分量，控制算法与电机结构参数未能形成有效联接等问题。采用机理模型对直线电机推力波动进行描述则能够解决数据模型存在的问题，但机理模型却存在着建模不准确的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法，能够解决控制算法与电机机理的脱节问题，也能提高模型的测量精度。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]一种基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：采集直线电机结构参数，基于直线电机结构参数，建立推力波动机理模型，公式如下：
[0009]F
j
＝F>d
+F
c
+F
m
[0010]其中，F
j
为机理模型推力波动，F
d
为端部磁阻力，F
c
为齿槽磁阻力，F
m
为摩擦力；
[0011]步骤2：抑制方法采用电流注入法，补偿电流依据直线电机推力方程得到，其公式如下：
[0012][0013]其中，i
qj
推力波动机理模型补偿电流，n
p
为直线电机极对数，τ为极距长度，ψ
PM
为永磁体磁链；
[0014]步骤3：利用电磁推力抑制推力波动机理模型计算得到推力波动，其公式如下：
[0015]F
em
+F
j
＝0
[0016]其中，F
em
为抑制机理模型推力波动的电磁推力；
[0017]步骤4：在推力波动机理模型补偿后，利用传感器采集推力数据，由于直线电机推
力波动是关于位置的周期性函数，对数据处理后按照傅里叶级数进行数据拟合建立推力波动数据模型；
[0018]步骤5：计算推力波动机理模型补偿后建立的推力波动数据模型的补偿电流，其公式如下：
[0019][0020]其中，F
s
为数据模型推力波动；
[0021]步骤6：利用电磁推力抑制推力波动数据模型计算得到对应的推力波动，其公式如下：
[0022]F
em
'+F
s
＝0
[0023]其中，F
em
'为抑制数据模型推力波动的电磁推力。
[0024]进一步地，所述步骤1中的推力波动机理模型包括端部效应机理模型、齿槽效应机理模型和摩擦力机理模型；
[0025]端部效应机理模型的公式如下：
[0026][0027]其中，K
c
为气隙系数，δ为气隙长度，为穿过动子铁心纵向端部边缘的最大磁通，μ0为真空磁导率，k1为磁通压缩系数，τ为极距长度，l
ef
为等效磁路长度，x为动子位置，λ为动子长度与极距倍数的差值，n＝1,2,3,
…
；
[0028]齿槽效应机理模型的公式如下：
[0029][0030]其中，z为电机槽数，h
PM
为永磁体充磁方向高度，p为正对电枢铁心长度下的电机极数，B
rn
为永磁剩磁密度谐波分量的幅值，λ
k
为相对气隙磁导谐波分量的幅值；k,n＝1,2,3,
…
；
[0031]摩擦力机理模型的公式如下：
[0032][0033]其中，f
c
为库伦摩擦力，f
m
为最大静摩擦力，为动子速度，为润滑系数，为符号函数，k
v
为粘性摩擦系数。
[0034]进一步地，所述摩擦力机理模型中的最大静摩擦力公式如下：
[0035]f
m
＝μF
N
[0036]其中，μ为静摩擦系数；F
N
为正向压力，其公式如下：
[0037]F
N
＝F
ds
+F
cs
+F
z
[0038]其中，F
ds
为端部效应法向力，F
cs
为齿槽效应法向力，F
z
为动子自身的重力。
[0039]进一步地，端部效应法向力F
ds
的机理模型公式如下：
[0040][0041]其中，F
dsL
为左端部效应引起的法向力，F
dsR
为右端部效应引起的法向力；n＝1,2,3,
…
；
[0042]齿槽效应法向力F
cs
的机理模型公式如下：
[0043][0044]其中，λ0为相对气隙磁导的直流分量，B
r0
为永磁剩磁密度的直流分量，k,n＝1,2,3,
…
。
[0045]进一步地，所述端部效应法向力F
ds
的机理模型中，当λ＝0时，左端部效应引起的法向力等于右端部效应引起的法向力，动子收到的合力为单端法向力的二倍，公式如下：
[0046]F
ds
＝F
dsL
+F
dsR
[0047]当λ＝τ/2时，左、右端波动力的奇次谐波相位相反，动子有“纵向俯仰运动”趋势，则需考虑电机导轨上表面对摩擦力的影响，静摩擦力的机理模型如下公式：
[0048]f
m
＝μ1(F
dsL
+F
cs
+F
z
)+μ2F
dsR
[0049]其中，f
m
为最大静摩擦力，μ1为电机导轨下表面静摩擦系数，μ2为电机导轨上表面静摩擦系数。
[0050]进一步地，所述步骤4中，传感器为力传感器或者加速度传感器；
[0051]传感器为力传感器时，通过匀速法获得直线电机推力波动数据，对数据进行数据拟合，然后建立直线电机推力波动数据模型，其公式如下：
[0052][0053]其中，A
i
为频率分量的幅值，为频率分量的相位；
[0054]传感器为加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：采集直线电机结构参数，基于直线电机结构参数，建立推力波动机理模型，公式如下：F
j
＝F
d
+F
c
+F
m
其中，F
j
为机理模型推力波动，F
d
为端部磁阻力，F
c
为齿槽磁阻力，F
m
为摩擦力；步骤2：抑制方法采用电流注入法，补偿电流依据直线电机推力方程得到，其公式如下：其中，i
qj
推力波动机理模型补偿电流，n
p
为直线电机极对数，τ为极距长度，ψ
PM
为永磁体磁链；步骤3：利用电磁推力抑制推力波动机理模型计算得到推力波动，其公式如下：F
em
+F
j
＝0其中，F
em
为抑制机理模型推力波动的电磁推力；步骤4：在推力波动机理模型补偿后，利用传感器采集推力数据，由于直线电机推力波动是关于位置的周期性函数，对数据处理后按照傅里叶级数进行数据拟合建立推力波动数据模型；步骤5：计算推力波动机理模型补偿后建立的推力波动数据模型的补偿电流，其公式如下：其中，F
s
为数据模型推力波动；步骤6：利用电磁推力抑制推力波动数据模型计算得到对应的推力波动，其公式如下：F
em
'+F
s
＝0其中，F
em
'为抑制数据模型推力波动的电磁推力。2.根据权利要求1所述的基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法，其特征在于：所述步骤1中的推力波动机理模型包括端部效应机理模型、齿槽效应机理模型和摩擦力机理模型；端部效应机理模型的公式如下：其中，K
c
为气隙系数，δ为气隙长度，为穿过动子铁心纵向端部边缘的最大磁通，μ0为真空磁导率，k1为磁通压缩系数，τ为极距长度，l
ef
为等效磁路长度，x为动子位置，λ为动子长度与极距倍数的差值，n＝1,2,3,
…
；齿槽效应机理模型的公式如下：
其中，z为电机槽数，h
PM
为永磁体充磁方向高度，p为正对电枢铁心长度下的电机极数，B
rn
为永磁剩磁密度谐波分量的幅值，λ
k
为相对气隙磁导谐波分量的幅值；k,n＝1,2,3,
…
；摩擦力机理模型的公式如下：其中，f
c
为库伦摩擦力，f
m
为最大静摩擦力，为动子速度，为润滑系数，为符号函数，k
v
为粘性摩擦系数。3.根据权利要求2所述的基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法，其特征在于：所述摩擦力机理模型中的最大静摩擦力公式如下：f
m
＝μF
N
其中，μ为静摩擦系数；F
N
为正向压力，其公式如下：F
N
＝F
ds
+F
cs
+F
z
其中，F
ds
为端部效应法向力，F
cs
为齿槽效应法向力，F
z
为动子自身的重力。4.根据权利要求3所述的基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法，其特征在于：端部效应法向力F
ds
和齿槽效应法向力F
cs
的机理模型公式如下：其中，F
dsL
为左端部效应引起的法向力，F
dsR
为右端部效应引起的法向力；n＝1,2,3,
…
；齿槽效应法向力F
cs
的机理模型公式如下：其中，λ0为相对气隙磁导的直流分量，B
r0
为永磁剩磁密度的直流分量，k,n＝1,2,3,
…
。5.根据权利要求4所述的基于加速度混合模型的直线电机推力波动抑制方法，其特征在于：所述端部效应法向力F
ds
的机理模型中，当λ＝0时，左端部效应引起的法向力等于右端部效应引起的法向力，动子收到的合力为单端法向力的二倍，公式如下：F
ds
＝F
dsL
+F
dsR
...
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