現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng) 課件 第3、4章 伺服驅(qū)動的負載機械特性、永磁直線同步電動機伺服系統(tǒng)

第3章伺服驅(qū)動的負載機械特性

內(nèi)容提要3.1旋轉體的運動方程3.2負載的轉矩特性3.3幾種典型的非線性現(xiàn)象3.4機械諧振3.5機械剛度與伺服剛度3.6機械負載的折算與匹配伺服驅(qū)動的負載機械特性13.1旋轉體的運動方程內(nèi)容提要3.1.1轉速3.1.2轉矩3.1.3功3.1.4功率3.1.5動能和慣量3.1.6運動方程式2

3.1.1

轉速3

3.1.2

轉矩4

3.1.3

功5

3.1.4

功率6

3.1.5

動能和慣量7

3.1.5

動能和慣量圖3-1用變速機構連接的旋轉體1－交流伺服電機2－負載8

3.1.5

動能和慣量9圖3-1用變速機構連接的旋轉體1－交流伺服電機2－負載

3.1.5

動能和慣量

圖3-2直線運動體的慣量1－AC伺服電動機2－滾筒10

3.1.5

動能和慣量11

3.1.5

動能和慣量圖3-3牽引絲杠驅(qū)動的物體1－電機2－小齒輪3－大齒輪4－絲杠12

3.1.5

動能和慣量13

3.1.6

運動方程式143.2負載的轉矩特性內(nèi)容提要3.2.1恒轉矩負載3.2.2流體類負載3.2.3恒功率負載15驅(qū)動機械運動的交流永磁伺服電動機的典型運動方式如圖3-4所示。交流伺服電動機從靜止的零速開始起動，一直加速到所規(guī)定的速度，并以此速度運行。當電動機接到停止命令時，交流伺服電動機就從工作速度開始減速，直到停止。3.2負載的轉矩特性圖3-4電機的運動方式16

按機械負載在工作過程中所呈現(xiàn)出來對電動機轉矩的要求，大致可分為三大類型負載。圖3-5電磁轉矩和負載轉矩之間的關系173.2負載的轉矩特性在恒轉矩負載中，負載轉矩不隨負載的運動速度變化而變化，負載的功率則隨著速度的變化而變化，速度高則功率線性增大，速度低則功率線性降低。這類負載的典型代表有機床的進給機構；卷揚機卷取重物等都是恒轉矩的典型，另外，像汽車生產(chǎn)線上螺栓擰緊機構，飲料生產(chǎn)線上瓶蓋擰緊動作等，也是恒轉矩負載的應用。這種負載特性是很多應用場合的要求。3.2.1

恒轉矩負載18流體類負載的轉矩與速度的二次方成正比，功率與轉速的三次方成正比，風機、水泵就是這類負載的典型代表。3.2.2流體類負載19恒功率負載的特點是轉矩與轉速成正比，但轉矩與轉速的乘積所代表的功率卻近似保持不變，可視為一個常數(shù)。這類負載的典型代表有金屬切削機床的主軸驅(qū)動和卷取機等。由圖3-6知，交流伺服電動機的轉矩-轉速特性是一條直線，即轉矩是一個常數(shù)。所以，交流伺服電動機特別適用于驅(qū)動機床進給軸這類恒轉矩負載。3.2.3恒功率負載圖3-6負載的種類和轉矩與速度特性20c）恒功率負載a）恒轉矩負載

b）流體負載

213.2.3恒功率負載

223.2.3恒功率負載

233.2.3恒功率負載

圖3-7切削阻力的分力1－被加工工件2－車刀243.2.3恒功率負載

253.2.3恒功率負載圖3-7切削阻力的合力1－被加工工件2－車刀

263.2.3恒功率負載

273.2.3恒功率負載3.3幾種典型的非線性現(xiàn)象內(nèi)容提要3.3.1死區(qū)現(xiàn)象分析3.3.2飽和現(xiàn)象3.3.3間隙現(xiàn)象的分析3.3.4摩擦分析28

3.3幾種典型的非線性現(xiàn)象a）b）c）d）

圖3-8伺服系統(tǒng)可能存在的幾種典型非線性特性29由于電動機軸都存在著摩擦力矩和負載力矩，因此當輸入電壓達到一定數(shù)值時，電動機才能轉動，即存在所說的不靈敏區(qū)，而當輸入電壓超過一定值時，電機的轉速就不再升高，出現(xiàn)了飽和現(xiàn)象，見圖3-8c）。3.3幾種典型的非線性現(xiàn)象a）b）c）d）

圖3-8伺服系統(tǒng)可能存在的幾種典型非線性特性30各種機械傳動機構，例如齒輪減速器、桿系傳動，由于加工和裝配限制，在傳動過程中，都可能存在著間隙，如圖3-8d)所示。因此，這些非線性特性在實際的伺服系統(tǒng)中是普遍存在的。在性能要求很高的伺服系統(tǒng)中，必須認真對待這些非線性因素。3.3幾種典型的非線性現(xiàn)象a）b）c）d）

圖3-8伺服系統(tǒng)可能存在的幾種典型非線性特性31

3.3.1死區(qū)現(xiàn)象分析圖3-9死區(qū)特性32

3.3.1死區(qū)現(xiàn)象分析圖3-10含有死區(qū)的非線性系統(tǒng)33死區(qū)對系統(tǒng)最直接的影響是造成輸出的穩(wěn)態(tài)誤差。當輸入信號是斜坡函數(shù)時，死區(qū)的存在會造成系統(tǒng)的輸出量在時間上的滯后，從而降低系統(tǒng)的跟蹤精度，如圖3-11所示。3.3.1死區(qū)現(xiàn)象分析圖3-11斜坡輸入時，系統(tǒng)的輸出量34

3.3.1死區(qū)現(xiàn)象分析a）b）圖12死區(qū)特性的等效增益35

3.3.2飽和現(xiàn)象a）b）圖3-13飽和特性及其等效增益a）飽和特性b）等效增益36圖3-14所示為具有飽和特性的伺服系統(tǒng)框圖。3.3.2飽和現(xiàn)象圖3-14具有飽和特性的伺服系統(tǒng)框圖37

3.3.2飽和現(xiàn)象a）b）圖3-15系統(tǒng)的根軌跡及階躍響應曲線38

3.3.2飽和現(xiàn)象圖3-16系統(tǒng)的根軌跡及階躍響應曲線39

3.3.3間隙現(xiàn)象的分析圖3-17齒輪間隙和間隙特性40

3.3.3間隙現(xiàn)象的分析41圖3-17齒輪間隙和間隙特性

3.3.3間隙現(xiàn)象的分析圖3-18間隙的輸入輸出波形42

3.3.4摩擦分析圖3-19各種形式的摩擦特性43

3.3.4摩擦分析圖3-19各種形式的摩擦特性44

3.4機械諧振圖3-20二級齒輪減速器傳動示意圖45

3.4機械諧振46

3.4機械諧振圖3-21傳動裝置彈性形變示意圖47

3.4機械諧振48圖3-21傳動裝置彈性形變示意圖

3.5機械剛度與伺服剛度49

3.5機械剛度與伺服剛度50

3.6機械負載的折算與匹配51

3.6機械負載的折算與匹配圖3-22回轉體52

3.6機械負載的折算與匹配圖3-23直線運動物體53

3.6機械負載的折算與匹配54（1）什么是齒輪的減速比？（2）負載的轉矩特性通常有什么？請舉例這幾類負載的典型代表。（3）典型的非線性現(xiàn)象有哪些？（4）間隙現(xiàn)象對于系統(tǒng)性能的影響主要表現(xiàn)是什么？復習題及思考題55第4章永磁直線同步電動機伺服系統(tǒng)

內(nèi)容提要4.1直線電動機的發(fā)展和應用4.2永磁直線同步伺服電動機4.3永磁直線同步伺服電動機的齒槽定位力及其削弱4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱4.5直線電機在機床上應用發(fā)展緩慢的原因分析永磁直線同步電動機伺服系統(tǒng)57在許多工業(yè)領域中，被控機械往往是直線位移形式。然而遺憾的是，直線運動驅(qū)動技術沒有得到發(fā)展，長期以來，不得不借助旋轉運動的電機配上機械轉換環(huán)節(jié)，使旋轉運動最終變成直線運動。如果有直線驅(qū)動器能夠直接驅(qū)動被控物體作直線運動，可省去運動形式的變換環(huán)節(jié)，簡化傳動的復雜性。以電磁原理工作的直線電機可以提供高功率和大推力，在19世紀20年代，想用直線電動機作為織布機的梭子和列車的動力，但均未獲成功。到了20世紀50年代，直線電動機作為電磁泵被用來抽吸液態(tài)金屬，20世紀60年代以后，由于發(fā)展高速運輸系統(tǒng)的需要，使直線電機的理論和應用得到快速發(fā)展。4.1直線電動機的發(fā)展和應用58對感應式直線電機的研究較早，感應式直線電機結構簡單，堅固耐用，適應性強，成本低，制造容易，在各領域首先得以應用。這些應用主要體現(xiàn)以下方面：（1）工業(yè)直線傳動1）傳動帶：感應式直線電動機的初級固定不動，次級就是傳送帶本身，所用的材料就是金屬帶或金屬網(wǎng)與橡膠的復合帶。這種傳送方式兼有礦車與普通皮帶運輸機的優(yōu)點，可以提高運輸能力，節(jié)省投資。4.1直線電動機的發(fā)展和應用592）傳送車：在工業(yè)生產(chǎn)中可用直線電動機驅(qū)動小車傳送工件。為了實現(xiàn)自動化，要求小車能在始點、終點和沿途若干點上準確定位，直線電動機通過調(diào)速裝置、速度傳感器、行程開關或無觸點開關的聯(lián)合作用，能使小車準確定位。3）行李、貨物的存取移動裝置。4）橋式起重機或吊車移動裝置。4.1

直線電動機的發(fā)展和應用60（2）電磁泵由于液態(tài)金屬具有很高的溫度，因此作為電磁泵的感應式直線電動機初級要用耐火材料覆蓋，次級就是液態(tài)金屬。當初級通電后，在液態(tài)金屬中便產(chǎn)生定向的驅(qū)動力，以達到泵送液態(tài)金屬的目的。液態(tài)金屬可以是鈉、鉀、鋁、鐵等。（3）工業(yè)裝置的執(zhí)行部件感應式直線電動機可以用于門、窗、閥、開關的自動開閉裝置，以及自動剪切生產(chǎn)線的進給驅(qū)動裝置等。4.1直線電動機的發(fā)展和應用61（4）驅(qū)動高速列車近幾十年來，感應式直線電動機在交通方面受到了人們極大重視，有許多技術先進的國家做了許多高速列車試驗。在這種應用中，將直線電動機的初級固定在車身上，次級安置于地面，用氣墊（或磁墊）使車與地面分離，用直線電動機驅(qū)動高速列車，時速可達400~500km/h，這是感應式直線電動機最典型的應用。（5）其他方面的應用它還可以用于熔融液態(tài)金屬的攪拌裝置、電錘、車輛沖擊試驗臺的加速裝置等，其應用面十分廣泛。在軍工領域，甚至可能助力航空母艦上飛機的彈射起飛。4.1

直線電動機的發(fā)展和應用62上面所列出的應用，都是作為動力轉換而用的。這是應用的一個主要方面，隨著矢量控制理論的成熟和相應技術的進步，和感應式旋轉電機一樣，它的應用范圍不斷擴大，在數(shù)控機床上也有使用的。與此同時，還有直線式直流電動機、直線式步進電動機和直線式同步電動機。本章重點介紹的是永磁直線同步電動機，它的許多方面與永磁旋轉同步電動機具有相同的性質(zhì)，本章主要是介紹一下它的特殊問題。4.1直線電動機的發(fā)展和應用634.2永磁直線同步伺服電動機內(nèi)容提要4.2.1

基本結構4.2.2

基本工作原理4.2.3

永磁直線同步伺服電動機的直接驅(qū)動4.2.4

永磁直線同步伺服電動機的端部效應64傳統(tǒng)的旋轉式永磁同步電機由定子、氣隙、轉子三部分組成，直線式永磁同步電動機與此相似。不過直線式電機的受電部分-初級繞組嵌放在鐵心中，它帶著饋電電纜一起作直線運動，稱這部分電樞繞組連同鐵心一起叫動子，而安放永磁體之處稱為次級，是不動的，叫作定子。4.2.1基本結構65在定子的全長的直線行程方向上，一塊接一塊的交替安放N極、S極永磁體。在動子和定子之間就是氣隙，這與旋轉式永磁電動機的氣隙是一樣的。圖4-1所示的就是一種單邊平板型結構的直線永磁同步伺服電動機，其中

為極距。4.2.1基本結構

圖4-1單邊平板型直線永磁電動機示意圖1－永磁體2－低碳鋼極3－軛66通過三相饋電電纜，將三相對稱正弦電流引入動子繞組后，同樣會在動子與定子氣隙中產(chǎn)生氣隙磁場。在不考慮鐵心兩端開斷而引起的縱向端部效應時，氣隙磁場的分布情況與旋轉時的情況相似，既可以看成沿展開的直線方向呈正弦分布。當三相電流隨時間而變化時，氣隙磁場將按A、B、C的相序沿直線運動，這個原理與旋轉電動機相似。但是二者的氣隙磁場還是有差異的：直線電動機的氣隙磁場是沿直線方向平移，而不是沿氣隙旋轉的，將這個平移的磁場稱為行波磁場。顯然，這個行波磁場的移動速度與旋轉磁場在定子內(nèi)圓表面的線速度vs（稱為同步速度）是一樣的。對于永磁直線同步電動機來說，定子上永磁體的勵磁磁場與動子形成的行波磁場相互作用便會產(chǎn)生電磁推力，就是說，位于定子磁場中的載流導體（動子）就會受到力的作用，力的方向可按左手定則判定。4.2.2基本工作原理67

4.2.2基本工作原理

圖4-2永磁直線同步伺服電動機的工作原理示意圖68傳統(tǒng)的“旋轉電動機+滾珠絲杠”的伺服進給方式中，電動機輸出的是旋轉運動，要經(jīng)過聯(lián)軸器、滾珠絲杠螺母副等一系列中間傳動與變換環(huán)節(jié)以及相應的支撐，才能變成被控對象-溜板或刀架的直線運動。由于中間存在運動形式的變換環(huán)節(jié)，將會對機床的進給系統(tǒng)存在以下諸多不良后果；（1）使傳動系統(tǒng)的剛度降低，起動和制動中初期能量都消耗在中間環(huán)節(jié)的彈性變形上，尤其是精密細長的滾珠絲杠是進給驅(qū)動的剛度薄弱環(huán)節(jié)。彈性變形使系統(tǒng)的微分方程階次提高，從而使系統(tǒng)的魯棒性降低，伺服性能下降。彈性變形更是數(shù)控機床產(chǎn)生機械諧振的根源之一。4.2.3永磁直線同步伺服電動機的直接驅(qū)動69（2）中間傳動環(huán)節(jié)的存在，增加了運動系統(tǒng)的慣量，在不增大系統(tǒng)放大倍數(shù)的情況下，會使系統(tǒng)的速度、位移相應變慢；但若增大放大倍數(shù)時，又有可能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至可能導致不穩(wěn)定。（3）由于制造機械的精度限制，中間傳動環(huán)節(jié)不可避免的受到間隙、死區(qū)、摩擦以及彈性形變的影響，使系統(tǒng)的非線性因素增加，進一步提高精度變得困難。（4）為提高生產(chǎn)率和改善零件加工質(zhì)量而發(fā)展起來的高速加工，不但要求數(shù)控機床具有超高速運轉的大功率精密主軸驅(qū)動系統(tǒng)，而且要求有一個反應快速、靈敏、高速、輕便、精密、魯棒好的伺服系統(tǒng)，使系統(tǒng)進給速度達到50~60m/min以上，加、減速度達到25~30m/s2。4.2.3永磁直線同步伺服電動機的直接驅(qū)動70傳統(tǒng)的機械中間傳動環(huán)節(jié)，限制了超高速切削的要求。這些要求就迫使了新的零傳動方式的誕生，永磁直線電動機正是適時應運而生。它在進給驅(qū)動上正好能克服上述諸項缺點，而獲得以下好處：①由于數(shù)控機床的直線進給行程較短，一般不超過幾百毫米，只有在很高的動態(tài)性能下才能完成，快速起動，準確停止，在實現(xiàn)切削軌跡拐彎處更需要高的加、減速度。②提高工件的表面加工質(zhì)量，延長刀具壽命。③提高了傳動精度和定位精度。④運動噪聲低。⑤進給行程長度不受限制，省去了貴重的滾珠絲杠。4.2.3

永磁直線同步伺服電動機的直接驅(qū)動71直線電動機與旋轉電動機是存在著顯著不同點，即所有的各類直線電動機在不同程度上都存在特有的端部效應。而永磁直線電動機尤為突出。直線電動機的動子在其運動方向上，必然存在一個入口端和出口端，在兩個端口附近處，磁場的分布與中間位置的磁場分布顯著不同，這給直線電動機運行特性帶來了不良影響，這就是所謂的“端部效應”。這種現(xiàn)象在旋轉電動機中是不存在的。圖4-3表示單邊初級帶有一個金屬平板次級的直線感應電動機的磁場分布。4.2.4永磁直線同步伺服電動機的端部效應

圖4-3直線感應電機的磁場分布72圖4-4所示的是感應式直線電動機中的行波磁場方向上渦流分布。由圖可知，這種分布是不對稱的，會使推力不是一個恒值，從而產(chǎn)生推力波動。因此，定義在次級長度方向上的端部效應，稱為縱向端部效應，在高速時端部效應顯著增長。4.2.4永磁直線同步伺服電動機的端部效應

圖4-4次級中的渦流分布73除了縱向端部效應外，還存在橫向端部效應。當直線電動機次級采用實心結構時，次級導電板中的感應電流也呈渦流形狀，在它的作用下，氣隙磁通密度沿橫向分布呈現(xiàn)出了馬鞍狀，這種效應稱為橫向端部效應，如圖4-5所示。4.2.4永磁直線同步伺服電動機的端部效應

圖4-5直線感應電動機的橫向端部效應74端部效應還分為靜態(tài)和動態(tài)兩種端部效應。僅考慮初級電流的端部效應，稱為靜態(tài)端部效應；當初級和次級有相對運動或次級中也有電流時，縱向和橫向端部效應對磁場的影響稱為動態(tài)端部效應。直線電動機的端部效應在理論上很復雜，不易清晰地用解析公式表示。在工程設計上要考慮到，無論哪種端部效應，對直線電動機的運行都有害。這些不良表現(xiàn)會減低氣隙磁通密度，使電動機的推力不能保持恒定，產(chǎn)生波動，增加損耗，降低有效功率，要盡力避免這些不良影響。4.2.4永磁直線同步伺服電動機的端部效應75對永磁直線電動機的端部效應情況，也可以借助感應式直線電動機的端部效應理論進行討論分析。但應該指出，由于采用了高磁能積的強磁體作為定子材料，所以它的端部效應表現(xiàn)得更為突出，如圖4-6所示。4.2.4永磁直線同步伺服電動機的端部效應

圖4-6短初級面裝式PMLSM的磁場分布76對于永磁直線電動機，其端部效應影響更大，它會增加直線電動機的附加損耗，降低直線電動機的工作效率，特別是會引起更大的電動機推力波動。而推力波動較大，是影響這種直線電動機廣泛應用的原因之一。推力波動會使電動機產(chǎn)生機械擾動和噪聲，還可能產(chǎn)生低速共振，嚴重惡化伺服性能，損壞定位精度。永磁直線伺服電動機的縱向端部效應，由以下原因引起：（1）由于直線電動機的初級繞組不連續(xù)，使各相繞組的互感不相等，即使提供了三相對稱正弦電壓，電流也不可能對稱，在氣隙中除了產(chǎn)生正序行波磁場外，還會產(chǎn)生逆序和零序磁場，從而在氣隙中形成脈振磁場，使電動機推力產(chǎn)生波動；另一方面，即使在繞組中通過三相對稱電流，由于縱向端部效應的影響，也會在電動機氣隙中產(chǎn)生脈動磁場，使電動機產(chǎn)生附加的推力波動；4.2.4永磁直線同步伺服電動機的端部效應77（2）由于電動機動子的鐵心是斷開的，使得鐵心端部的氣隙磁阻發(fā)生了急劇的變化。由此產(chǎn)生了一個周期性的推力波動，這和齒槽力生成的機理是類似的。在分析直線電動機的推力波動時，常常將鐵心的開斷和齒槽引起的磁阻力稱為定位力。因為它們都是由磁阻變化引起的永磁體勵磁磁場的嚴重畸變而產(chǎn)生。這里講的齒槽效應的定位力和紋波力都是不希望存在的推力波動，但二者產(chǎn)生的原因不同；紋波力是由動子電流和定子的永磁磁場相互作用而產(chǎn)生的，而定位力是由于動子鐵心和定子磁場間磁阻變化而產(chǎn)生的波動阻滯力。兩種波動力并無關聯(lián)，他們可能同時存在，也可能單獨存在。4.2.4永磁直線同步伺服電動機的端部效應78

4.3永磁直線同步伺服電動機的齒槽定位力及其削弱

圖4-7面裝式PMLSM一個極下的物理模型79定位力產(chǎn)生的主要原因是由于動子齒槽的存在，永磁定子的磁極與動子齒槽的相對位置不同時，主磁路的磁導不一樣，動子趨向于定位在動子與定子之間磁導最大的位置，即穩(wěn)定的平衡點。在此位置上磁阻最小，當偏離此位置時，自有恢復到該位置的作用力或趨向于另一個相鄰的穩(wěn)定平衡點。定位力主要源于動子齒槽，所以稱為齒槽效應定位力或磁阻滯力。從根本上看，動子和定子的磁路不均勻性是產(chǎn)生齒槽效應力及其波動的主要原因。齒槽力是由定子永磁體與動子齒間作用力的切向分力構成。在圖4-7中，動子移動時，處于永磁體中間部分的動子齒槽與永磁體的磁導幾乎不變，這些動子齒槽周圍的磁場也基本不變，而與永磁體兩側面A和B對應的由一個或兩個動子齒構成的一小段封閉區(qū)域內(nèi)的磁導變化卻很大，導致磁場儲能改變，產(chǎn)生單向力。因此，產(chǎn)生齒槽效應的區(qū)域主要是永磁體兩側的拐角處而不是整個永磁體。4.3永磁直線同步伺服電動機的齒槽定位力及其削弱80

4.3永磁直線同步伺服電動機的齒槽定位力及其削弱

圖4-8齒槽效應力81

4.3永磁直線同步伺服電動機的齒槽定位力及其削弱82（2）選擇合適的齒槽寬度比分析表明，選擇合適的齒槽比寬度比，可削弱或消除齒槽力中的諧波。對于面裝式永磁直線電動機，若再選擇合適的永磁體寬度，則可進一步削弱或消除余下的諧波。一般來說，選擇齒槽寬度比為1是合適的，但不同結構、不同尺寸的電動機要通過磁場的計算，來確定最佳的齒槽寬度比。（3）斜槽或斜極動子斜槽或定子斜極是削弱或消除齒槽力的有效措施。動子斜槽，斜一個齒距，可基本上消除所有齒槽效應波動。但要注意，齒槽力對于動子斜槽尺寸精度反應很敏感，斜槽尺寸很小的偏差，也會使齒槽力產(chǎn)生較大的諧波波動力。因為永磁體難以加工，因此定子斜極比較困難，可以用多塊永磁體連續(xù)位移的措施，也能達到與動子斜槽同樣的效果。（4）采用分數(shù)槽繞組4.3永磁直線同步伺服電動機的齒槽定位力及其削弱83在分析紋波力時，做如下假設：（1）動子電流不含偶次諧波。（2）不考慮永磁體和定子的阻尼效應。（3）定子的永磁體勵磁磁場對稱分布。為產(chǎn)生恒定的電磁推力要求PMLSM的電動勢和電流均為正弦波。但實際上，定子側的永磁體勵磁磁場或動子側繞組的空間分布不可能是完全理想正弦的。所以感應電動勢一定會發(fā)生畸變。由逆變器饋入動子的三相電流，盡管經(jīng)過高頻調(diào)制和負反饋可以幾乎達到逼近正弦波，但其中還是含有許多高次諧波。4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱84

4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱85

4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱86

4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱87式中，4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱88寫成矩陣形式：上述分析表明次數(shù)相同的感應電動勢和動子電流諧波作用后，產(chǎn)生一個平均力，不同次數(shù)的感應電動勢和動子電流諧波相互作用，將產(chǎn)生脈動頻率為基波頻率6倍的紋波力，如F6、F12、F18、F24…等各種紋波力。各紋波力的幅值與感應電動勢和動子電流波形的畸變程度有關。4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱89

4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱

圖4-9紋波推力90

4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱91對面裝式直線電動機，可以通過永磁體的形狀和極弧寬度或其它有效措施，使永磁體的勵磁磁場盡量接近正弦形，但對于嵌入式和內(nèi)埋式PMLSM，很難使勵磁磁場獲得正弦分布，這要求在直線電動機設計方面繼續(xù)研究方法。另一方面，就是要利用控制技術想方設法使通入動子的電流實現(xiàn)對稱三相電流正弦化，光滑化，盡量采用開關頻率高的大功率逆變器，高頻率調(diào)制的PWM，以使殘余的高頻諧波而被電磁、機械慣性所濾除。由上述說明知，無論是直線電動機的端部效應，引起的推力波動；還是齒槽效應，電流和永久勵磁的非正弦性所引起的推力波動，都十分不利于PMLSM伺服系統(tǒng)在高精度、高響應中的伺服應用，除了要在電動機的設計、制造中要考慮這些削弱推力的不確定性因素外，作為應用者，還要在控制方法技術上發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢盡量消除或削弱這些不良因素對實際應用的影響。4.4永磁直線同步伺服電動機的紋波力及其削弱92首先，進給伺服驅(qū)動的PMLSM生產(chǎn)成本高，長行程情況下，所用稀土材料多，價格高，成本提高；其次，PMLSM等直線電動機的配套技術發(fā)展不完善。直線電動機只能以整臺位移裝置形式出現(xiàn)，不像旋轉電動機那樣僅以單體電動機形式出現(xiàn)。多年的單體電動機使用習慣，使旋轉電動機在轉