罗茨真空泵用无齿轮异步电机双直驱协调控制研究
发布时间：2021-08-19 16:57
随着真空应用技术的不断发展,极大规模集成电路制造装备业、薄膜技术、电真空技术等领域对真空泵的需求越来越大。传统的罗茨真空泵都是采用1:1比例的齿轮带动阴阳转子作反方向同步旋转运动,防止“8”字形罗茨转子撞到一起。但经长期运转后,加工精度再高的齿轮也难免有间隙,当齿侧间隙大于转子间最小间隙时,将发生故障导致系统停机,会对生产工艺所需要的真空环境造成很大影响和经济损失。针对这个情况,本课题设计了双电机直驱控制系统,可以满足控制指标的要求。（1）根据真空泵用异步电动机的技术要求,设计功率减半的真空泵用异步电动机。借助二维有限元商业软件进行电磁场仿真计算,使其满足指标要求,得到适用于无齿轮罗茨真空泵用驱动异步电动机设计方案及具体的电气参数;（2）根据矢量控制的原理,结合坐标变换和基于转子磁场定向,建立基于转子磁场定向的异步电动机仿真模型,实现驱动电机的高性能解耦控制,使其具有较高的可靠性和稳定性,为双电机系统的实现奠定了基础;（3）在单电机控制系统的基础上,对比采用主令控制、主从控制、偏差耦合控制策略搭建双电机控制系统,在本文研究的偏差耦合控制结构中,对其核心子系统速度补偿器进行了创新改进,以...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电子线轴控制结构图
第1章绪论3虚拟轴控制的思想是模拟实际主轴的状态，对各个轴的同步误差进行调整，保证多轴之间的同步运行。虚拟轴的阻尼系数和转动惯量的设计对整个系统的同步性能有着至关重要的影响。结构如图1.4所示[10][11]。图1.4虚拟主轴控制结构图Fig1.4Structureoflineshaftcontrol文献[12]对多电机同步控制策略进行了综述比较，主从控制是最简单的拓扑结构，相比之下，交叉耦合控制提供了良好的速度同步，与EVLS（电子虚拟线轴）和偏差耦合控制相比，它可以很容易地实现，但是在位置同步误差是主要的控制目标情况下它具有有限的性能。偏差耦合控制提供最佳的同步性能，但也具有较高复杂性。图1.5主从结构[7]Fig1.5Structureofmaster-slavecontrol文献[13]研究了高速列车牵引永磁同步电机模型，采用模糊免疫PID控制器搭建控制器2电机1控制器1电机2L1TL2T编码器编码器位置计算位置计算121e2e负载1负载212**虚拟电机处理器*
第1章绪论5图1.7罗茨真空泵“8”字形转子[7]Fig1.7Rootsvacuumpump"8"shapedrotor1.4课题的重点与工作1.4.1课题的重点（1）若实现罗茨真空泵无齿轮同步运行，如何确保两台异步电动机同步协调运行以避免二个阴阳转子相互碰撞是本课题研究的重点。针对多电机同步控制系统，寻求一种合适的同步控制策略，保证真空泵驱动系统的位置同步精度在控制指标5°之内。（2）考虑真空泵系统经常发生的工况，如某台电机某时刻突加负载、某台电机某时刻突然减载、两台电机负载某时刻突然沿反方向变化和两台电机负载某时刻突然沿反方向变化最终各自又回到额定状态运行，针对这四种工况进行详细地仿真分析；此外还要考虑负载突变时间的差异化，对比分析两个关键点，即系统处于瞬态和稳态；考虑电机参数差异化的影响，对上述四种工况进行延伸分析。1.4.2课题的工作（1）根据国内外真空泵用异步电动机电磁设计的相关文献，对真空泵用异步电动机进行电磁场分析。采用有限元商业软件对真空泵用异步电动机进行电磁场仿真计算，验证电机设计方案的合理性，得到具体的电气参数；（2）利用第一部分得到的具体电气参数，建立基于转子磁场定向的真空泵用驱动电机的数学模型，并对其进行额定工况下的仿真分析；（3）在单电机的矢量控制的基础上，建立双电机系统的仿真模型。对比采用主令控制、主从控制、偏差耦合控制下双电机的位置同步误差和抗扰性能，本文对偏差耦合控制中的速度补偿器作了两点改进：在电机间的速度同步误差引入比例增益；在速度补偿器输出端前侧引入PI调节。并对真空泵系统常见的工况进行仿真分析；（4）在（3）的基础上考虑两台电机参数差异化的影响，按照（3）分析的路线，对比采用不同比例增益时偏差耦合控制的同步效果，实现双电机系统的
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进型偏差耦合多电机转速同步控制[J]. 耿强,王少炜,周湛清,史婷娜,夏长亮. 电工技术学报. 2019(03)
[2]变频器供电内置式永磁同步电机转子损耗计算与试验[J]. 佟文明,王云学,贾建国,唐任远. 电工技术学报. 2018(24)
[3]采用虚拟电机的改进偏差耦合多电机同步控制[J]. 史婷娜,辛雄,夏长亮. 中国电机工程学报. 2017(23)
[4]干式涡旋真空泵用特种电机温度场仿真与实验[J]. 安跃军,张振厚,张强,王光玉,刘在行. 电机与控制学报. 2017(08)
[5]同步控制策略在高速列车牵引电机中的应用[J]. 董凡,方攸同,黄晓艳,李静. 微电机. 2016(08)
[6]自抗扰控制器在三电机同步系统中的应用[J]. 刘星桥,胡建群,周丽. 中国电机工程学报. 2010(12)
[7]基于磁场定向的矩阵变换器驱动感应电机变结构直接转矩控制[J]. 王晶鑫,姜建国. 中国电机工程学报. 2010(06)
[8]基于相邻交叉耦合的多感应电机滑模同步控制[J]. 曹玲芝,李春文,牛超,赵德宗,魏尚北. 电机与控制学报. 2008(05)
[9]高真空直排大气干泵的最新进展[J]. 刘坤,巴德纯,杨乃恒,常学森,李涛,陈瑶. 真空科学与技术学报. 2008(01)
[10]一种适于直排大气的罗茨干泵转子的型线与结构[J]. 刘坤,巴德纯,张振厚,王光玉,常学森,杨乃恒. 真空科学与技术学报. 2007(05)
博士论文
[1]变频器供电下永磁同步电机电磁场与温度场的研究[D]. 李琳.北京交通大学 2019
[2]盾构机刀盘同步驱动系统自适应均载控制研究[D]. 刘然.大连理工大学 2013
[3]感应电机全阶磁链观测器和转速估算方法研究[D]. 罗慧.华中科技大学 2009
[4]感应电机无速度传感器转子磁场定向控制策略研究[D]. 王高林.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]真空泵用屏蔽式感应电动机冲击载荷失速和重投特性研究[D]. 宋存丰.沈阳工业大学 2019
[2]高转矩密度永磁同步电机的可靠性研究[D]. 马伊光.哈尔滨工业大学 2019
[3]高速感应电机转子涡流损耗及其温升与电磁力研究[D]. 李伟.哈尔滨理工大学 2019
[4]超洁净涡旋真空干泵用开关磁阻电动机研究与热场分析[D]. 杨南.沈阳工业大学 2018
[5]IC制造装备无齿轮罗茨真空泵永磁同步电动机控制研究[D]. 吴炜桦.沈阳工业大学 2018
[6]模糊自调节的偏差耦合多电机同步控制[D]. 梁娇娇.天津大学 2017
[7]基于滑模控制算法的多电机同步控制研究[D]. 齐彪.哈尔滨工业大学 2017
[8]基于BP神经网络PID算法的多电机同步控制研究[D]. 谢炜.沈阳工业大学 2017
[9]耐腐蚀超洁净涡旋真空泵用屏蔽电动机设计研究[D]. 曹建平.沈阳工业大学 2017
[10]多电机联合牵引的智能控制策略研究[D]. 刘梦琪.重庆交通大学 2017
本文编号：3351789
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电子线轴控制结构图
第1章绪论3虚拟轴控制的思想是模拟实际主轴的状态，对各个轴的同步误差进行调整，保证多轴之间的同步运行。虚拟轴的阻尼系数和转动惯量的设计对整个系统的同步性能有着至关重要的影响。结构如图1.4所示[10][11]。图1.4虚拟主轴控制结构图Fig1.4Structureoflineshaftcontrol文献[12]对多电机同步控制策略进行了综述比较，主从控制是最简单的拓扑结构，相比之下，交叉耦合控制提供了良好的速度同步，与EVLS（电子虚拟线轴）和偏差耦合控制相比，它可以很容易地实现，但是在位置同步误差是主要的控制目标情况下它具有有限的性能。偏差耦合控制提供最佳的同步性能，但也具有较高复杂性。图1.5主从结构[7]Fig1.5Structureofmaster-slavecontrol文献[13]研究了高速列车牵引永磁同步电机模型，采用模糊免疫PID控制器搭建控制器2电机1控制器1电机2L1TL2T编码器编码器位置计算位置计算121e2e负载1负载212**虚拟电机处理器*
第1章绪论5图1.7罗茨真空泵“8”字形转子[7]Fig1.7Rootsvacuumpump"8"shapedrotor1.4课题的重点与工作1.4.1课题的重点（1）若实现罗茨真空泵无齿轮同步运行，如何确保两台异步电动机同步协调运行以避免二个阴阳转子相互碰撞是本课题研究的重点。针对多电机同步控制系统，寻求一种合适的同步控制策略，保证真空泵驱动系统的位置同步精度在控制指标5°之内。（2）考虑真空泵系统经常发生的工况，如某台电机某时刻突加负载、某台电机某时刻突然减载、两台电机负载某时刻突然沿反方向变化和两台电机负载某时刻突然沿反方向变化最终各自又回到额定状态运行，针对这四种工况进行详细地仿真分析；此外还要考虑负载突变时间的差异化，对比分析两个关键点，即系统处于瞬态和稳态；考虑电机参数差异化的影响，对上述四种工况进行延伸分析。1.4.2课题的工作（1）根据国内外真空泵用异步电动机电磁设计的相关文献，对真空泵用异步电动机进行电磁场分析。采用有限元商业软件对真空泵用异步电动机进行电磁场仿真计算，验证电机设计方案的合理性，得到具体的电气参数；（2）利用第一部分得到的具体电气参数，建立基于转子磁场定向的真空泵用驱动电机的数学模型，并对其进行额定工况下的仿真分析；（3）在单电机的矢量控制的基础上，建立双电机系统的仿真模型。对比采用主令控制、主从控制、偏差耦合控制下双电机的位置同步误差和抗扰性能，本文对偏差耦合控制中的速度补偿器作了两点改进：在电机间的速度同步误差引入比例增益；在速度补偿器输出端前侧引入PI调节。并对真空泵系统常见的工况进行仿真分析；（4）在（3）的基础上考虑两台电机参数差异化的影响，按照（3）分析的路线，对比采用不同比例增益时偏差耦合控制的同步效果，实现双电机系统的
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进型偏差耦合多电机转速同步控制[J]. 耿强,王少炜,周湛清,史婷娜,夏长亮. 电工技术学报. 2019(03)
[2]变频器供电内置式永磁同步电机转子损耗计算与试验[J]. 佟文明,王云学,贾建国,唐任远. 电工技术学报. 2018(24)
[3]采用虚拟电机的改进偏差耦合多电机同步控制[J]. 史婷娜,辛雄,夏长亮. 中国电机工程学报. 2017(23)
[4]干式涡旋真空泵用特种电机温度场仿真与实验[J]. 安跃军,张振厚,张强,王光玉,刘在行. 电机与控制学报. 2017(08)
[5]同步控制策略在高速列车牵引电机中的应用[J]. 董凡,方攸同,黄晓艳,李静. 微电机. 2016(08)
[6]自抗扰控制器在三电机同步系统中的应用[J]. 刘星桥,胡建群,周丽. 中国电机工程学报. 2010(12)
[7]基于磁场定向的矩阵变换器驱动感应电机变结构直接转矩控制[J]. 王晶鑫,姜建国. 中国电机工程学报. 2010(06)
[8]基于相邻交叉耦合的多感应电机滑模同步控制[J]. 曹玲芝,李春文,牛超,赵德宗,魏尚北. 电机与控制学报. 2008(05)
[9]高真空直排大气干泵的最新进展[J]. 刘坤,巴德纯,杨乃恒,常学森,李涛,陈瑶. 真空科学与技术学报. 2008(01)
[10]一种适于直排大气的罗茨干泵转子的型线与结构[J]. 刘坤,巴德纯,张振厚,王光玉,常学森,杨乃恒. 真空科学与技术学报. 2007(05)
博士论文
[1]变频器供电下永磁同步电机电磁场与温度场的研究[D]. 李琳.北京交通大学 2019
[2]盾构机刀盘同步驱动系统自适应均载控制研究[D]. 刘然.大连理工大学 2013
[3]感应电机全阶磁链观测器和转速估算方法研究[D]. 罗慧.华中科技大学 2009
[4]感应电机无速度传感器转子磁场定向控制策略研究[D]. 王高林.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]真空泵用屏蔽式感应电动机冲击载荷失速和重投特性研究[D]. 宋存丰.沈阳工业大学 2019
[2]高转矩密度永磁同步电机的可靠性研究[D]. 马伊光.哈尔滨工业大学 2019
[3]高速感应电机转子涡流损耗及其温升与电磁力研究[D]. 李伟.哈尔滨理工大学 2019
[4]超洁净涡旋真空干泵用开关磁阻电动机研究与热场分析[D]. 杨南.沈阳工业大学 2018
[5]IC制造装备无齿轮罗茨真空泵永磁同步电动机控制研究[D]. 吴炜桦.沈阳工业大学 2018
[6]模糊自调节的偏差耦合多电机同步控制[D]. 梁娇娇.天津大学 2017
[7]基于滑模控制算法的多电机同步控制研究[D]. 齐彪.哈尔滨工业大学 2017
[8]基于BP神经网络PID算法的多电机同步控制研究[D]. 谢炜.沈阳工业大学 2017
[9]耐腐蚀超洁净涡旋真空泵用屏蔽电动机设计研究[D]. 曹建平.沈阳工业大学 2017
[10]多电机联合牵引的智能控制策略研究[D]. 刘梦琪.重庆交通大学 2017
本文编号：3351789
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