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直线电机直接驱动的运动设备,省略了机械转换机构,完全消除机械传动元件的速度和加速度的物理极限,具有长行程、低惯量、高精度、快响应和高速度等特征。永磁直线同步电机(PMLSM)与普通的直线异步电机相比,具有效率高、输出力矩大、体积小、易于控制等优点。永磁直线同步电机驱动的垂直提升系统是一种新型的无绳提升系统,它主要应用在高层建筑电梯和矿井提升系统两个方面。永磁直线同步电机伺服控制系统将是当前和今后直线电机发展应用的一个方向。
本文在深入研究垂直运动永磁直线同步电机(PMLSM)控制系统硬件电路及数字信号处理芯片工作原理的基础上,以TI公司推出的电机控制专用微处理器TMS320LF2407A数字信号处理器(DSP)为系统的控制核心,以智能功率模块(IPM)为逆变器开关器件,运用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术和PID调节原理及技术,根据确定的全数字永磁直线同步电机的矢量控制方案,以现有的实验设备及新的实验方法为基础,对控制永磁直线同步电机垂直提升系统的实验平台进行了研究开发。
本文论述了实验平台各部分的工作原理和参数计算,包括主回路、系统控制回路、系统部分保护电路。实验平台各部分的参数是根据实验室永磁直线同步电机参数计算的。
(1)主回路部分包括整流电路、滤波电路、逆变电路和功率器件驱动电路,分别用6R130G-120整流桥模块、电解电容电路、PM25RSB120智能功率模块(IPM)和IPM隔离驱动模块,实现了交流变换到直流、直流再逆变成频率和电压可调的交流。为减少电路中太多的布线引起的电磁干扰,实验中把IPM隔离驱动模块设计制作成了PCB板,对IPM隔离、控制的效果,直接影响变频器的性能,所以这部分是改善变频器性能的关键部分。 (2)控制回路部分以电机控制专用芯片TMS320LF2407A为核心,主要包括PC机通讯接口电路、仿真接口电路、位置检测电路、电流检测电路、电压检测电路。
(3)保护回路部分包括过压保护电路、限流起动电路、IPM功率器件保护电路,并对控制系统主回路、电源、印制电路板的设计进行了电磁兼容分析。
利用建立的SVPWM模型,先对PMLSM控制系统进行了开环仿真。最后基于实验室自制样机和控制器做了开环试验。试验结果表明,系统能够满足运行状态的要求,运行基本稳定。