水泥路白改黑工藝

水泥路面白改黑工藝隨著碎石化技術(shù)被越來越多的公路養(yǎng)護(hù)管理者所認(rèn)識(shí)、所認(rèn)同，最近幾年才在我省各地的公路大修工程中逐漸被興起，被推廣。該項(xiàng)技術(shù)主要適用于板塊完整性與結(jié)構(gòu)性較差的鋼筋混凝土路面或其它水泥混凝土路面，利用多錘頭水泥路面破碎機(jī)這種特殊的施工機(jī)械將混凝土板破碎成高強(qiáng)粒料層后可直接作為基層或墊層，具有很好的透水能力，同時(shí),也間接地解決了移除碎塊的環(huán)境污染問題，是目前最行之有效,最為直捷的解決反射裂紋的破碎技術(shù)。下面,讓我們借助我市××地方公路大修工程，來了解一下碎石化技術(shù)進(jìn)行技術(shù)處理的主要過程。

實(shí)例項(xiàng)目基本概況：省道S335潮州境內(nèi)公路大修工程，該路段為潮州連接揭陽(yáng)的城市主干線，雙向六車道，原水泥砼路面等級(jí)為城市型一級(jí)公路。設(shè)計(jì)方案為：將舊水泥混凝土路面采用多錘頭破碎機(jī)（MHB）碎石化處理后作為底基層，加鋪柔性基層和瀝青混凝土面層。

1做好開工前準(zhǔn)備工作

1.1機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)備

1．1.1多錘頭水泥路面破碎機(jī)：

多錘頭水泥路面破碎機(jī)采用的是山東公路機(jī)械廠生產(chǎn)的自行式破碎設(shè)備，設(shè)備后部平均配備兩排成對(duì)錘頭，這樣在設(shè)備全寬范圍內(nèi)可以連續(xù)破碎，錘頭的提升高度在油缸行程范圍內(nèi)可獨(dú)立調(diào)節(jié)，該破碎機(jī)具備一次破碎4米車道的能力。

1.1.2專用振動(dòng)壓路機(jī)

該壓路機(jī)采用的是山東公路機(jī)械廠生產(chǎn)的yz18aZ形輪振動(dòng)壓路機(jī)，它是用于破碎水泥混凝土路面后的表層補(bǔ)充破碎PS190多錘頭破碎機(jī),是在PS360多錘頭破碎機(jī)基礎(chǔ)上為路面寬度在八米以內(nèi)的路面設(shè)計(jì)的,更有利于半幅通行,半幅施工。

1.2制定臨時(shí)的交通管制方案

由于進(jìn)行碎石化處理的施工路段在沒有攤鋪完瀝青混凝土面層之前是不允許開放道路交通的，因此,在施工期間對(duì)交通管制的要求相對(duì)就比較高，為了確保碎石化技術(shù)的處理效果,在條件允許的情況下應(yīng)盡量一次性全封閉施工路段；若條件困難，至少應(yīng)實(shí)行半封閉施工。

1.3做好通道、涵洞等隱蔽構(gòu)造物的調(diào)查

進(jìn)行破碎施工前，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑碾[蔽構(gòu)造物的分布情況，如：涵洞、通道、地下管線等情況進(jìn)行調(diào)查，以確定破碎是否會(huì)對(duì)這些構(gòu)造物造成損壞。正常情況下，埋深在1米以下的構(gòu)造物是不會(huì)由于破碎而帶來的損壞，因此，對(duì)于不滿足上列條件的橋涵構(gòu)造物，可采取降低錘頭高度來緊慎完成對(duì)特殊路段的破碎等其它保護(hù)方案。

1.4清除存在的瀝青面層

在碎石化前，應(yīng)清除舊水泥混凝土路面上的瀝青修復(fù)材料，因?yàn)檫@些材料的存在，會(huì)影響到破碎處理的效果。

1.5選定具有代表性的路段進(jìn)行破碎試驗(yàn)

在認(rèn)可水泥路面破碎機(jī)破碎程序之前，施工單位應(yīng)完成實(shí)驗(yàn)路段并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可。試驗(yàn)路段應(yīng)為監(jiān)理工程師在工程項(xiàng)目范圍內(nèi)確定的位置，尺寸為車道全寬，長(zhǎng)度為一般可按100m進(jìn)行控制。施工單位應(yīng)記錄不同的破碎情況下相對(duì)應(yīng)的水泥路面破碎機(jī)設(shè)置的參數(shù),如錘頭高度和地面行使速度等。

當(dāng)試驗(yàn)段完成后，為了進(jìn)一步驗(yàn)證水泥路面被破碎后的具體尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)要求、在業(yè)主、監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)旁站的前提下，施工單位應(yīng)開挖試坑進(jìn)行檢查。試坑不能選擇在有橫向接縫或工作縫的位置，路面破碎粒徑應(yīng)在全深度內(nèi)檢測(cè)，試坑應(yīng)用密級(jí)配碎料回填并壓實(shí)至要求。通過實(shí)驗(yàn)段破碎，最終確定符合施工要求的破碎設(shè)置參數(shù)。

2確定具體的工藝技術(shù)流程

在實(shí)踐推廣過程中，該項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過最近幾年的不斷優(yōu)化、不斷發(fā)展，目前已經(jīng)形成了一套較為成熟的工藝流程，主要的工藝流程為：

MHB破碎一遍→Z型壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)2遍→采用級(jí)配碎石回填局部凹處→光輪壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)4~5遍→測(cè)回彈彎沉值→挖換彈簧板塊→撒布乳化瀝青透層油→破乳后撒布石屑→光輪壓路機(jī)靜壓2遍→測(cè)回彈彎沉值（底基層面控制彎沉）→4~12小時(shí)后攤鋪HMA。

3主要技術(shù)控制措施

碎石化質(zhì)量控制的主要指標(biāo)主要有破碎率和破碎尺寸兩項(xiàng)。一般情況下，要求把75%的水泥混凝土路面破碎成表面最大尺寸不超過7.5cm，中間不超過22.5cm，底部不超過37.5cm的粒徑。破碎后顆粒尺寸可通過調(diào)整重錘下落高度進(jìn)行控制。

碎石化后混凝土顆粒間應(yīng)形成緊密嵌擠結(jié)構(gòu)，顆粒應(yīng)嵌入或緊貼舊路基層，消除脫空板原有間隙。破碎時(shí)，與相鄰車道銜接寬度應(yīng)大于15cm。瀝青透層油滲透破碎層深度應(yīng)達(dá)到3~5cm。破碎后和灑透層油后路面不得開放交通，若通車造成破碎后路面不平整或透層油粘結(jié)層損壞，應(yīng)重新壓實(shí)和加灑透層油。

碎石化效果不僅用回彈彎沉或回彈模量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，還需結(jié)合破碎層的強(qiáng)度變異性進(jìn)行綜合評(píng)定。

碎石化后應(yīng)盡快灑布透層油，以避免雨水滲透，建議將透層油用量調(diào)整至3.0～4.0kg/m2。灑布透層油后的回彈彎沉值為該層的控制彎沉值。

對(duì)局部彈簧板塊的挖換，應(yīng)在舊路面破碎后、灑布透層油前進(jìn)行，換挖板塊需通過回彈彎沉測(cè)試確定。

碎石化后沉降量受舊路路況影響較大，不宜作為碎石化技術(shù)控指標(biāo)。

水泥混凝土路面破碎后或?yàn)⑼笇佑秃缶灰碎_放交通，以免影響破碎層強(qiáng)度均勻性和透油層粘

水泥混凝土路面碎石化工藝一、碎石化改造技術(shù)的起源碎石化起初是為了方便清除水泥混凝土路面和分離路面中的鋼筋而進(jìn)行的。第一個(gè)熱拌瀝青罩面的水泥混凝土路面破碎工程是1986年在美國(guó)紐約完成的，早在2001年，美國(guó)就已有35個(gè)州使用此技術(shù)，完成工程數(shù)量400多個(gè)，使用里程1600公里，而且美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)及部分州區(qū)將該技術(shù)列入規(guī)范。二、碎石化改造技術(shù)的概念當(dāng)舊水泥混凝土路面因大面積破壞而喪失整體承載能力，并且通過局部的挖除，壓漿等處理方式已不能恢復(fù)其使用功能，或不能達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求時(shí)，如果采用通常的直接加鋪方式改造后路面會(huì)出現(xiàn)反射裂縫等問題，碎石化改造技術(shù)就是專門針對(duì)這一問題而開發(fā)出的一種快捷有效的路面改造技術(shù)。該方法是利用特殊的施工機(jī)械(如多錘頭水泥混凝土路面破碎機(jī))，將原有的舊水泥混凝土路面徹底打碎，完全消除原有路面存在的病害，釋放面板下空洞的隱患，將打碎的水泥混凝土面板經(jīng)壓實(shí)后直接作為基層或底層基層，再加鋪新的面層。破碎后的水泥路面粒徑自上而下逐漸增大，上部小顆粒經(jīng)壓實(shí)后形成平整表面易于攤鋪，下部顆粒之間形成嵌擠結(jié)構(gòu)，有效強(qiáng)化路基。碎石化技術(shù)能有效防止“白改黑”后的反射裂縫，延長(zhǎng)路面的使用壽命。三、碎石化改造技術(shù)的幾大特點(diǎn)：1、碎石化技術(shù)是目前解決路面改造后出現(xiàn)反射裂縫問題的最有效方法2、破碎后并經(jīng)壓實(shí)的混凝土路面，形成內(nèi)部嵌擠、緊密結(jié)合、高密度的材料層，從而為瀝青罩面提供更高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基層或底基層。3、施工簡(jiǎn)便，改造周期短，綜合造價(jià)低。4、就地再生，環(huán)保無污染，可將破碎后的路面直接做為基層或底基層，再加鋪新的面層，是舊水泥混凝土路面翻新改造的最理想方法。5、此種碎石化技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是不必把破損的水泥面板打碎運(yùn)走，節(jié)約了路基材料及運(yùn)輸成本，加快了施工進(jìn)度，大大降低了工程費(fèi)用。同時(shí)也解決了丟棄水泥碎塊垃圾的環(huán)保問題。四、施工方案編制依據(jù)及范圍1、編制依據(jù)（1）所需改造路段水泥混凝土路面破壞現(xiàn)狀。（2）有關(guān)水泥混凝土路面碎石化的技術(shù)資料。（3）交通部現(xiàn)行的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。（4）國(guó)內(nèi)水泥混凝土路面碎石化項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。2、編制范圍所需進(jìn)行的水泥混凝土路面破碎改造施工項(xiàng)目。五、碎石化技術(shù)采用的設(shè)備1、多錘頭水泥混凝土路面破碎機(jī)多錘頭水泥混凝土路面破碎機(jī)(見封面圖)是山東公路機(jī)械廠生產(chǎn)的自行式水泥混凝土路面破碎設(shè)備，該設(shè)備采用進(jìn)口液壓元件及電器元件，性能穩(wěn)定。其后部平均配備兩排成對(duì)錘頭，這樣在設(shè)備全寬范圍內(nèi)可以連續(xù)破碎，錘頭的提升高度在油缸形成范圍內(nèi)可獨(dú)立調(diào)節(jié)，并具備一次破碎4米寬路面的能力。主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)PS360工作速度m/h120行駛速度Km/h8工作錘數(shù)量個(gè)12側(cè)翼錘數(shù)量個(gè)4發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/轉(zhuǎn)速Kw.r.p.m268/2100最大破碎寬度m4最小破碎寬度m0.8破碎頻率次/分鐘30-352、專用振動(dòng)壓路機(jī)YZ18(Z型輪)振動(dòng)壓路機(jī)是山東公路機(jī)械廠生產(chǎn)的用于水泥混凝土路面破碎配套施工的專用機(jī)械，攜帶專門加工的鋼箍通過螺栓固定在振動(dòng)鋼輪表面。它用于破碎水泥混凝土路面后的表層補(bǔ)充破碎并壓實(shí)其表面。施工中采用振動(dòng)壓實(shí)作業(yè)，使破碎后的水泥混凝土塊形成內(nèi)部嵌擠、高密度、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的新基層或底基層，并為瀝青罩面攤鋪施工提供較為平坦的工作面。六、碎石化前的準(zhǔn)備工作1、清楚存在的瀝青面層在碎石化施工前，應(yīng)清除水泥混凝土路面上的瀝青修復(fù)材料，因?yàn)檫@些材料的存在會(huì)影響到破碎的效果。2、隱藏構(gòu)造物的調(diào)查與標(biāo)記結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙及業(yè)主單位提供的有關(guān)隱藏構(gòu)造物，如：暗涵，地下管線等情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察并設(shè)置標(biāo)記，以確定破碎是否會(huì)對(duì)這些構(gòu)造物造成損壞。通常，構(gòu)造物埋深在1米以下的不會(huì)由于破碎而帶來?yè)p壞，不滿足以上條件的可以降低錘頭高度對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行破碎，或采用監(jiān)理人員認(rèn)為可行的其他方案。3、與橋梁連接段的路面與橋梁連接段應(yīng)標(biāo)明破碎的位置，根據(jù)實(shí)際情況，可以破碎到橋頭搭板的后端，或根據(jù)路面設(shè)計(jì)線的高程破碎到監(jiān)理指定位置。未破碎的路面應(yīng)銑刨到可以攤鋪同樣厚度瀝青罩面的程度。4、交通管制由于破碎后的路面在沒有攤鋪完瀝青面層之前不允許開放交通，所以對(duì)交通管制的要求比較嚴(yán)格，建議在條件允許時(shí)一次性封閉施工路段，若條件不允許，應(yīng)至少實(shí)行半封閉施工。5、其他要求任何與施工期間維持交通無關(guān)的路面加寬或路肩修復(fù)，也應(yīng)在施工之前修復(fù)到混凝土路面的高程。七、破碎試驗(yàn)路段在對(duì)水泥混凝土路面展開施工之前，應(yīng)首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)路段破碎并經(jīng)監(jiān)理人員認(rèn)可。實(shí)驗(yàn)路段應(yīng)在工程項(xiàng)目范圍內(nèi)確定的位置，尺寸為車道全寬，長(zhǎng)度為100~200米。并詳細(xì)記錄不同的破碎情況相對(duì)應(yīng)水泥路面破碎機(jī)械的數(shù)據(jù)調(diào)整，如錘頭高度和地面行駛速度等。為確保路面被破碎成達(dá)到要求的粒徑，可根據(jù)監(jiān)理人員的指令，開挖試坑。試坑不能選擇在有橫向接縫或工作縫的位置，路面破碎粒徑應(yīng)在全深度內(nèi)檢測(cè)，試坑應(yīng)用密級(jí)配碎料回填并壓實(shí)至要求。符合要求的破碎數(shù)據(jù)應(yīng)記錄備查。試驗(yàn)路段確定的破碎程序?qū)⒂糜诒竟こ獭Ｔ谑┕み^程中應(yīng)不斷檢查破碎作業(yè)情況，并根據(jù)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，以確保達(dá)到施工質(zhì)量要求。八、碎石化施工控制和要求1、路面破碎要求碎石化要把75%以上的水泥混凝土路面破碎成表面最大尺寸不超過7.5cm，中間不超過22.5cm，底部不超過37.5cm的粒徑。2、清除原有填縫料在攤鋪瀝青面層前，應(yīng)對(duì)所有松散的填縫料、漲縫材料或其他類似物進(jìn)行清除。3、不應(yīng)修整破碎后混凝土路面或試圖平整路面以提高線形，這樣將破壞混凝土路面碎石化以后的效果。在壓實(shí)前發(fā)現(xiàn)的大于5cm的凹地應(yīng)用密級(jí)配碎石料回填并壓實(shí)到要求。破碎時(shí)最好是從混凝土路面的高處向低處破碎，以避免攤鋪瀝青面層后影響排水。4、與相鄰車道的連接破碎一個(gè)車道的過程中實(shí)際破碎寬度應(yīng)超過一個(gè)車道，與相鄰車道搭接一部分，寬度至少是15cm5、破碎后混凝土路面的養(yǎng)護(hù)除了必須開放的橫穿交通外，破碎后混凝土路面的任何路段均不得開放交通(包括不必要的施工運(yùn)輸)。6、撒布乳化瀝青透層油為使表面較松散的粒料有一定的結(jié)合力，建議在破碎壓實(shí)后的表面撒布乳化瀝青透層油，按2.5~3.5(kg/平方米)用量撒布50%慢裂乳化瀝青。7、攤鋪前混凝土路面的攪動(dòng)施工車輛的通行次數(shù)和載重量應(yīng)降低到最小程度。如果破碎后的混凝土路面表面已被運(yùn)料車輛部分或全部破壞，應(yīng)進(jìn)行再次壓實(shí)。8、面層施工碎石化面層罩面厚度要求最小為15cm。且最好為密級(jí)配結(jié)構(gòu)。9、開放交通應(yīng)在半幅施工全部結(jié)束后開放交通。九、施工進(jìn)度及工期安排水泥混凝土路面碎石化改造工程，施工的工期主要取決于天氣情況及各方的配合，在不受外界條件干擾的情況下，每臺(tái)設(shè)備每天的工作量約為3000~3500平方米。為保證工期，我們配置了足夠的配件，專業(yè)的維修技術(shù)人員，隨時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)，確保施工按期完成。四川成都成渝高速施工現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)沙瀏陽(yáng)河段319國(guó)道山西平遙108國(guó)道四川金堂金廣路廣東揭陽(yáng)206國(guó)道施工現(xiàn)場(chǎng)成都新都軍屯二級(jí)路四川脾縣附錄資料：不需要的可以自行刪除永磁同步電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)PMSM的數(shù)學(xué)模型交流電機(jī)是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)的三相繞組分布在定子上，永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上。在永磁同步電機(jī)運(yùn)行過程中，定子與轉(zhuǎn)子始終處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，永磁體與繞組，繞組與繞組之間相互影響，電磁關(guān)系十分復(fù)雜，再加上磁路飽和等非線性因素，要建立永磁同步電機(jī)精確的數(shù)學(xué)模型是很困難的。為了簡(jiǎn)化永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，我們通常做如下假設(shè)：忽略電機(jī)的磁路飽和，認(rèn)為磁路是線性的；不考慮渦流和磁滯損耗；當(dāng)定子繞組加上三相對(duì)稱正弦電流時(shí)，氣隙中只產(chǎn)生正弦分布的磁勢(shì)，忽略氣隙中的高次諧波；驅(qū)動(dòng)開關(guān)管和續(xù)流二極管為理想元件；忽略齒槽、換向過程和電樞反應(yīng)等影響。永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型由電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程組成，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如下：(l)電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電壓方程如下式所示:其中，Rs為定子電阻；ud、uq分別為d、q軸上的兩相電壓；id、iq分別為d、q軸上對(duì)應(yīng)的兩相電流；Ld、Lq分別為直軸電感和交軸電感；ωc為電角速度；ψd、ψq分別為直軸磁鏈和交軸磁鏈。若要獲得三相靜止坐標(biāo)系下的電壓方程，則需做兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的變換，如下式所示。(2)d/q軸磁鏈方程：其中，ψf為永磁體產(chǎn)生的磁鏈，為常數(shù)，，而是機(jī)械角速度，p為同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)，ωc為電角速度，e0為空載反電動(dòng)勢(shì)，其值為每項(xiàng)繞組反電動(dòng)勢(shì)的倍。(3)轉(zhuǎn)矩方程：把它帶入上式可得:對(duì)于上式，前一項(xiàng)是定子電流和永磁體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱為永磁轉(zhuǎn)矩；后一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子突極效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩，稱為磁阻轉(zhuǎn)矩，若Ld=Lq，則不存在磁阻轉(zhuǎn)矩，此時(shí)，轉(zhuǎn)矩方程為：這里，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，。(4)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程：其中，是電機(jī)轉(zhuǎn)速，是負(fù)載轉(zhuǎn)矩，是總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(包括電機(jī)慣量和負(fù)載慣量)，是摩擦系數(shù)。直線電機(jī)原理永磁直線同步電機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的一種演變，相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和動(dòng)子沿軸向剖開，然后將電機(jī)展開成直線，由定子演變而來的一側(cè)稱為初級(jí)，轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級(jí)。由此得到了直線電機(jī)的定子和動(dòng)子，圖1為其轉(zhuǎn)變過程。直線電機(jī)不僅在結(jié)構(gòu)上是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的演變，在工作原理上也與旋轉(zhuǎn)電機(jī)類似。在旋轉(zhuǎn)的三相繞組中通入三相正弦交流電后，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣隙磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（又叫同步轉(zhuǎn)速）為：（1-1）其中，—交流電源頻率，—電機(jī)的極對(duì)數(shù)。如果用表示氣隙磁場(chǎng)的線速度，則有：（1-2）其中，為極距。當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)展開成直線電機(jī)形式以后，如果不考慮鐵芯兩端開斷引起的縱向邊端效應(yīng)，此氣隙磁場(chǎng)沿直線運(yùn)動(dòng)方向呈正弦分布，當(dāng)三相交流電隨時(shí)間變化時(shí)，氣隙磁場(chǎng)由原來的圓周方向運(yùn)動(dòng)變?yōu)檠刂本€方向運(yùn)動(dòng)，次級(jí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)和初級(jí)的磁場(chǎng)相互作用從而產(chǎn)生電磁推力。在直線電機(jī)當(dāng)中我們把運(yùn)動(dòng)的部分稱為動(dòng)子，對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。這個(gè)原理和旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似，二者的差異是：直線電機(jī)的磁場(chǎng)是平移的，而不是旋轉(zhuǎn)的，因此稱為行波磁場(chǎng)。這時(shí)直線電機(jī)的同步速度為v=2fτ,旋轉(zhuǎn)電機(jī)改變電流方向后，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，同樣的方法可以使得直線電機(jī)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖1永磁直線同步電機(jī)的演變過程圖2直線電機(jī)的基本工作原理對(duì)永磁同步直線電機(jī)，初級(jí)由硅鋼片沿橫向疊壓而成，次級(jí)也是由硅鋼片疊壓而成，并且在次級(jí)上安裝有永磁體。根據(jù)初級(jí)，次級(jí)長(zhǎng)度不同，可以分為短初級(jí)-長(zhǎng)次級(jí)結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)初級(jí)-短次級(jí)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)部分可以是電機(jī)的初級(jí)，也可以是電機(jī)的次級(jí)，要根據(jù)實(shí)際的情況來確定?；窘Y(jié)構(gòu)如圖3所示，永磁同步直線電機(jī)的速度等于電機(jī)的同步速度：（1-3）圖3PMLSM的基本結(jié)構(gòu)矢量控制（磁場(chǎng)定向控制技術(shù)）矢量控制技術(shù)是（磁場(chǎng)定向控制技術(shù)）是應(yīng)用于永磁同步伺服電機(jī)的電流（力矩）控制，使得其可以類似于直流電機(jī)中的電流（力矩）控制。矢量控制技術(shù)是通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的。坐標(biāo)變換需要坐標(biāo)系，變化整個(gè)過程給出三個(gè)坐標(biāo)系：靜止坐標(biāo)系（a，b，c）：定子三相繞組的軸線分別在此坐標(biāo)系的a，b，c三軸上；靜止坐標(biāo)系（α，β）：在（a，b，c）平面上的靜止坐標(biāo)系，且α軸與a軸重合，β軸繞α軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度；旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）:以電源角頻率旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。矢量控制技術(shù)對(duì)電流的控制實(shí)際上是對(duì)合成定子電流矢量的控制，但是對(duì)合成定子電流矢量的控制的控制存在以下三個(gè)方面的問題：是時(shí)變量，如何轉(zhuǎn)換為時(shí)不變量？如何保證定子磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)之間始終保持垂直？是虛擬量，力矩T的控制最終還是要落實(shí)到三相電流的控制上，如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換？從靜止坐標(biāo)系（a，b，c）看是以電源角頻率旋轉(zhuǎn)的，而從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）上看是靜止的，也就是從時(shí)變量轉(zhuǎn)化為時(shí)不變量，交流量轉(zhuǎn)化為直流量。所以，通過Clarke和Park坐標(biāo)變換（即3/2變換），實(shí)現(xiàn)了對(duì)勵(lì)磁電流id和轉(zhuǎn)矩電流iq的解耦。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）中，已經(jīng)成為了一個(gè)標(biāo)量。令在q軸上（即讓id=0），使轉(zhuǎn)子的磁極在d軸上。這樣，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）中，我們就可以象直流電機(jī)一樣，通過控制電流來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。且解決了以上三個(gè)問題中的前兩個(gè)。但是，id、iq不是真實(shí)的物理量，電機(jī)的力矩控制最終還是由定子繞組電流ia、ib、ic（或者定子繞組電壓ua、ub、uc）實(shí)現(xiàn)，這就需要進(jìn)行Clarke和Park坐標(biāo)逆變換。且解決了以上三個(gè)問題中的第三個(gè)。力矩回路控制的實(shí)現(xiàn)：圖中電流傳感器測(cè)量出定子繞組電流ia,ib作為clarke變換的輸入，ic可由三相電流對(duì)稱關(guān)系ia+ib+ic=0求出。clarke變換的輸出iα,iβ，與由編碼器測(cè)出的轉(zhuǎn)角Θ作為park變換的輸入，其輸出id與iq作為電流反饋量與指令電流idref及iqref比較，產(chǎn)生的誤差在力矩回路中經(jīng)PI運(yùn)算后輸出電壓值ud,uq。再經(jīng)逆park逆變換將這ud,uq變換成坐標(biāo)系中的電壓uα,uβ。SVPWM算法將uα,uβ轉(zhuǎn)換成逆變器中六個(gè)功放管的開關(guān)控制信號(hào)以產(chǎn)生三相定子繞組電流。電流環(huán)控制交流伺服系統(tǒng)反饋分為電流反饋、速度反饋和位置反饋三個(gè)部分。其中電流環(huán)的控制是為了保證定子電流對(duì)矢量控制指令的準(zhǔn)確快速跟蹤。電流環(huán)是內(nèi)環(huán)，SVPWM控制算法的實(shí)現(xiàn)主要集中在電流環(huán)上，電流環(huán)性能指標(biāo)的好壞，特別是動(dòng)態(tài)特性，將全面影響速度、位置環(huán)。PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn):P調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于其輸入量;而PI調(diào)節(jié)器輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān),而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值,它就能提供多少,直到飽和為止。電流環(huán)常采用PI控制器，目的是把P控制器不為0的靜態(tài)偏差變?yōu)?。電流環(huán)控制器的作用有以下幾個(gè)方面：內(nèi)環(huán)；在外環(huán)調(diào)速的過程中，它的作用是使電流緊跟其給定電流值（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出）；對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗干擾作用；在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中（起動(dòng)、升降速）中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流-即加速了動(dòng)態(tài)過程；過載或者賭轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。電流環(huán)的控制指標(biāo)主要是以跟隨性能為主的。在穩(wěn)態(tài)上，要求無靜差；在動(dòng)態(tài)上，不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值。雙閉環(huán)電機(jī)調(diào)速過程中所希望達(dá)到的目標(biāo)：起動(dòng)過程中:只有電流負(fù)反饋,沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后:轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主導(dǎo)作用;電流負(fù)反饋僅為電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。雙閉環(huán)電機(jī)具體工作過程：根據(jù)檢測(cè)模塊得到的速度值和電流值實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)測(cè)量的實(shí)際轉(zhuǎn)速低于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，速度調(diào)節(jié)器的積分作用使速度環(huán)輸出增加，即電流給定上升，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使PWM占空比增加，電動(dòng)機(jī)電流增加，從而使電機(jī)獲得加速轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升；當(dāng)測(cè)量的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)