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高速直線電機(jī)是利用電機(jī)產(chǎn)生的電磁力推進(jìn)載體達(dá)到高速運(yùn)行的一類機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置,具有可控性能好、可重復(fù)使用、發(fā)射效率高等優(yōu)點(diǎn),在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在民用領(lǐng)域,高速直線電機(jī)在未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)1000 km/h以上長(zhǎng)距離、大運(yùn)量客貨運(yùn)輸。在航天領(lǐng)域,基于電磁推進(jìn)的火箭發(fā)射軌道助推技術(shù),有望將火箭推進(jìn)至1000 km/h以上再進(jìn)行點(diǎn)火發(fā)射,能夠有效降低火箭發(fā)射成本。
在某些特殊領(lǐng)域,基于直線電機(jī)的電磁推進(jìn)高速科學(xué)研究與試驗(yàn)設(shè)施(電磁橇)能夠顯著提升我國(guó)對(duì)新型航空器的地面試驗(yàn)設(shè)施的測(cè)試能力和技術(shù)水平。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)采用動(dòng)子位置和速度進(jìn)行閉環(huán)控制,為了在有限的行程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速運(yùn)行,需要在運(yùn)行過(guò)程中獲取精確的動(dòng)子位置和速度信息,以控制變流器的輸出頻率、電壓和電流,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的推力和制動(dòng)力。
高精度高實(shí)時(shí)性的定位測(cè)速系統(tǒng)對(duì)高速直線電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。中國(guó)科學(xué)院電力電子與電力傳動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院電工研究所)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的范滿義、史黎明等學(xué)者,針對(duì)高速直線電機(jī)定位測(cè)速系統(tǒng)的高精度和高實(shí)時(shí)性的特殊需求,建立了直線電機(jī)定位測(cè)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析了定位測(cè)速系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)約束條件。基于所研制的分布式采集設(shè)備、脈沖發(fā)生器、激光器發(fā)生器、多通道模擬器及系統(tǒng)控制器構(gòu)建了一套具有高契合度的定位測(cè)速硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)。
他們通過(guò)對(duì)比給定的位置/速度與檢測(cè)到的位置/速度的數(shù)據(jù)結(jié)果,量化測(cè)量誤差。通過(guò)與電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)閉環(huán)系統(tǒng)聯(lián)合仿真,驗(yàn)證了該方法的有效性,且能夠?yàn)槲恢门c速度檢測(cè)算法的改進(jìn)與仿真驗(yàn)證提供良好的測(cè)試平臺(tái)。
圖2 定位測(cè)速硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)框架
研究者指出,該系統(tǒng)的集成度高、適用性強(qiáng),能夠?qū)Σ煌俣葯z測(cè)算法進(jìn)行硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,同時(shí)能夠隨時(shí)對(duì)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析,有益于對(duì)位置與速度算法、故障檢測(cè)與分析方法以及冗余控制策略算法的改進(jìn)研究,對(duì)工程實(shí)踐具有較高的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。
本工作成果發(fā)表在2023年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1,論文標(biāo)題為“一種高速直線電機(jī)定位測(cè)速系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真"。本課題得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
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