直线电机驱动在动态加载中的应用研究

发布时间：2020-10-13 12:59

　　 工件的加载试验是工件力学性能考核的重要内容,是保证产品质量与技术可靠性的必要条件。提高加载效率,缩短试验时间,降低试验成本,提高试验水平-是相关试验技术的发展趋势,更是工件试验的需要。在现代工业领域,工程中几乎所有零件都承受着动态载荷,所以动态加载测试反映出的结果更为安全可靠。直线电机技术迅猛发展,提供了很好的动力和载荷运动控制技术。本文以对试件施加高频交变载荷的疲劳试验为例,建立了运用直线电机作为动力源的思路和实现方法。以有铁芯永磁同步直线电机为动力源,对实施动态加载及其应用的可行性、有效性等问题展开广泛探索。首先,本文对直线电机作动器定义进行了说明,并对其输出动态载荷的相关问题展开了理论分析。包括输出动态载荷的条件、影响因素以及这些因素之间的关系,传感器的动态性能以及作动器的支撑导向等。其次,以所设计的试验装置为例,建立了直线电机作动器的控制模型。利用三闭环原理来实现对作动器输出推力的调节,各闭环均采用PID控制。本文分别对控制卡的速度环及位置环PID进行了参数整定,并通过MATALB仿真对其进行了调整优化。再次,针对直线电机当前的应用现状,以现有的产品为依托,提出、设计了一种多台(两台及以上)的“并联式”新型结构,旨在用来增大电机的输出推力。同时又如同单台电机一样具有较好的动态性能。本文中着重以三台电机同步使用为例从机械结构,导向以及驱动控制等方面作了详细的陈述。最后,为了验证前述理论、方法的正确性及合理性,设计了以有铁芯永磁同步直线电机为驱动的试验装置,并展开了数百万次的实验探索。实验结果表明,直线电动机作为高频动力源,思路是正确的,所提出的结构和使用方法是可行的,最高频率可以与所有其他动态加载方式媲美,但是具备了其它方式不具备的优秀的控制性能。特别试验了一种提高加载力的办法,以直线电机为驱动将共振原理应用于疲劳加载等领域,它可以实现推力放大,极具实用价值。共振可以使直线电机作动器推力放大18.7倍以上,且输出波形稳定。在室温、无任何冷却、最大持续电流模式下,标称额定输出900N的作动器实现了 133Hz高频共振状态下11kN以上稳定持续的推力输出,相比于常态765N,推力放大了 14倍以上,功率更是放大了近100倍。另外,提出和验证了三相电流的点位选取对输出推力有着较大的影响。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM359.4
【部分图文】：

图１．１两种动态疲劳试验机??

极大的关注。在直线电机研究中，直线电机应用研宄是重要内容之一。由于其在??直线运动方面所具有的独特优势，近年来在机械加工［？２７］、精密控制＃２９］、交通??运输［３Ｗ２］以及机床％３４１等领域应用广泛。图１．２所示为直线电机驱动的高精度数??控机床。图１．３所示为国内首条使用直线电机技术的轨道交通线路［３５］。在高频应??用领域，目前只有振荡电机泵等少数产品。??图１．２?ＤＭＧ数控机床?图１．３广州地铁四号线??相比于液压系统能够轻易使推力达到数百吨，单台直线电机在实际工况中所??需要的大推力场合就显得力不从心。但是现实中以电液伺服为代表的液压系统的??效率只有大约１０％，这就造成实际应用中能源的极大浪费。因此对市场上对大推??力、动态性能良好的直线电机有着非常广泛的需求。只是对于目前的情况来说，??直线电机的推力质重比较小，大推力输出的直线电机结构庞大且价格昂贵。??４??

剪切等附件，可以完成万能试验机能够完成的所有试验任务。??传统的伺服直线作动器包含电液伺服液压缸，伺服电动缸以及伺服气缸等，??其主要以输出直线速度以及推力为主［ＩＭ８］。如图２．１ａ，?ｂ，?ｃ所示。??ａ．电液伺服液压缸?ｂ．伺服电动缸?ｃ．伺服气缸??图２．１三种常见的伺服直线作动器??以克服负载、输出直线运动的直线电动机，完全具备了类似于液压油缸、气??缸、电动缸等作动器的功能特征。因此把以直线电动机为动力源，附加保证直线??运动的所有器件，构成可以独立使用的装置称作“直线电机作动器”是合理的。??其以电磁力为原动力，直接作用至输出构件上，具有传统直线作动器所不具备的??优良性能一一高可靠、高效率、高频率和优秀的可控性［１９％。开发和运用这种新??技术产品，作为机械基础件，可广泛应用于工业技术领域。以电磁力伺服直线电??机作动器为动力源的试验技术产品有着巨大的市场需求。??２．２三相交流直线电机的工作原理??直线电机是一种能够将电能转换为直线输出动能的装置。由电磁学原理可??知，接入三相交流电后，电机动子与定子的气隙之间将产生平行移动的磁场，即??７??
【参考文献】

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本文编号：2839197