1、IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. 29, NO. 1, JANUARYPEBRUARY1993解耦控制的推力和引力一個LIM使用空間矢量控制變頻器absfruct的磁懸浮車輛的新的控制方法采用直線感應電機的描述。它們可以生成推力和吸引力。所選擇的電壓矢量適當的PWM逆變器之間的解耦控制實現推力和吸引力。構建一個模塊由四個線性感應電動機。磁懸浮控制可以通過檢測的間隙長度和控制每個直線感應電動機的吸引力。超聲波傳感器使車輛停止在任何需要的位置使用改性滑模控制。推力和引力之間的解耦控制實驗證明，小模型。的波動差距逐步改變推力的長度是小于

2、0.1毫米。這將是適合低速車輛，如城市公交系統。一，導論0解決現代運輸系統的問題T等噪聲，振動，速度快，爬坡限制之間的鐵路和車輪的滑移，磁懸浮車輛已在許多國家積極發展。這車輛具有高速，低噪音，和能力的優劣運行在陡峭的斜坡和急轉彎。磁懸浮車輛中的應用廣泛，從高速運輸系統，以低高速城市交通系統。城市軌道交通系統，一個簡單的結構是必不可少的，以盡量減少成本車，馬車上有多少影響。然而，懸浮磁鐵一般分開安裝直線感應電機（驊），即使磁磁懸浮列車采用直線電機的具有結構簡單11。在本文中，我們嘗試把懸浮磁鐵控制的LIM的磁通量。車輛可以實現懸浮和推進獨立的力量為了實現他們，之間的thrus的解耦控制和吸引力，

3、必須控制的力量。簡化控制，推力和引力controlle通過選擇最佳的PWM開關矢量轉換器。對于舒適的乘坐滑模控制adopte的位置控制，使與almos的定位恒定的制動力量。模塊和鐵路的原型被建造實驗。從測試的結果，它是明確THA了紙IPCSD92-7，由工業驅動屆委員會批準IEEE工業應用學會介紹，在1990年工業有限公司應用協會年會，西雅圖，華盛頓，10月7-12。一，高橋是電氣和電子系統部工程，長岡科技大學，長岡，日本。華IDE是，日本三洋電機有限公司，上田。IEEE記錄號碼9204182。完全可以實現解耦控制。建議車輛被證明是非常簡單和執行城市交通系統。11。施工車輛為了減少重量的身體和

4、跟蹤，這是更好地支持 與車輛分隔圖所示的幾個模塊。1。圖2顯示了 24公斤的試驗模塊的外部視圖和4-M-longrails。圖3顯示模塊結構，其中四個Lim的鋁四個角落上安裝架，四導輥附著在外面林氏的。幀的厚度為10毫米，其中使重量輕，撓的建設。林氏0.5毫米厚的層壓核心構造，有三個俯仰和一個Y連接三相繞組。由于小模塊，極點和相每極槽數要設計2P和1 slobpole階段，分別。Rails的有10支持無間隔每0.4米梯度，曲線，或不能。正如圖所示。3,他們有一個0093-9994/93$03.00 0 1993 IEEEIEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICA

5、TIONS, VOL. 29, NO. 1, JANUARYFEBRUARY 1993TABtJE ISpecifications qf the module and railModulesizeatactive force maximuni thrust515x264x152(nunj24fkq)235,2N10.5CM Ecore sizenumtrer of phasenumbar af poles pole pitchAuinh.H of tUmfi rated current typical gap length165x75x50(mm)525(ram)345(turn/coil)1

6、.6(A)3(rnni)zwidth length50(min)4000(itiin)1毫米厚的銅組成的化合物建設板和一個9毫米厚的鐵板。為簡單起見，鐵板 有沒有分層，作為一個次要的作用和銅板 導體的直線電機。典型的差距之間的鐵路長度 被設計為3毫米。表一顯示的規格 模塊和鐵路。間隙長度G和它的變化加速d2g/dt2 檢測，分別由四個長度和加速度傳感器 連接到模塊的四個角落。傳輸類型 照片滅弧受雇于檢測間隙長度 兩側之間的模塊和一個遮陽板 鐵軌。用加速度傳感器是壓電式 可以受潮發生模塊的自激振蕩 之間的鐵路支持，低軌道剛度 因為結構薄弱。超聲波傳感器可用于檢測絕對 模塊的位置。被安裝在發射端

7、模塊，并在接收端被安裝在地面上（在地板上）。額定頻率為40千赫和設備 可以檢測數米的距離，它的準確性 5毫米。四個PWM逆變器是用來激發這四個LIM， 分別。電流可以自主確定 控制引力和推力。這些逆變器 設置模塊，因為他們的體重分別 在實驗用電纜連接到模塊 系統。111。之間解耦控制推力和ATIRACTIVE力推力Ft和正常的力F, 一個LIM，寫成2：Ft = APO/ SRmJ,2/P? + (SRmPc) (1)F, = APO/. 1 - (sR廣J/P? + (SRmPc) (2)哪里一個Lim的核心領域口誤室磁雷諾數J，初級電流密度的最大值PS，間隙長度的PC功能。在低轉速，直線電

8、機可以被視為是等效異步電動機3。使用相同的參數異步電動機的方式之間的關系初級電流密度J的最大價值，有效的值可以是主磁鏈表示如下：L = g用+月澎巴/展+/(施一 醇KKN/Lli(3)哪里K系數國際扶輪，R2的初級和次級繞組電阻L11, L22的小學和中學的自感中號的相互電感W的功率源的角頻率。(2)當F 0，它的吸引力工作。在這種情況下，SRM1時，和正常的LIM行為的力量吸引力的一個。圖4顯示了引力和推力與滑頻率在不斷的主磁鏈。當滑差頻率的增加，推力增加幾乎在滑差頻率的比例，但吸引力減小。TAKASHI AND IDE: DECOUPLING CONTROL OF THRUST AND

9、ATTRACTIVE FORCEFig. 5. PWM inverter drive system.如前所述，推力之間的解耦控制引力和PWM逆變器應用。通過選擇電壓矢量PWM逆變器，推力可以獨立控制，因為和吸引力三相系統有兩個獨立的控制能力。圖5顯示了 PWM逆變器的示意圖驅動系統。通過薩的切換功能，銻，鈧，其價值相當于開啟和關閉，分別以1和0，初級電壓矢量VL表示如下。1K(S疏Sc)=y/2/3V(Sa + Sb exp (j2tt/3) + Sc xp (j4時3), (4)根據切換模式的組合，電壓矢量指定的8種載體，如圖。6。一個D-Q符號代表場的直線電機。主磁通聯動的直線電機矢量給出

10、如下：也=/ (Vi -假設小Rlil初級繞組的電壓下降，在第六方向移動1美元的速度軌跡六的幅度成正比。的幅度主磁鏈1 $11可通過選擇控制電壓矢量。（2）及（3），引力所示是成正比11 12美元;因此，是可以控制的力量磁通軌跡的半徑。另一方面，利率滑的幅度是成正比的推力增加4。由于模塊的響應速度是非常緩慢推力比較，它可以迅速改變的主磁鏈的旋轉速度。attractive forcethrustI、7Fig, 7. Changes of ihe thmst and aftniulive force by the voltage vector,eJ3f/b務 % 氣 %00Vo& V,v7101七

11、 、L V5 道 道10v. V V V V11氣 七 七 V V3 七00程 H L % % L001% Vo v7 % V. VD10V* v6 Va Vj V】v511道七七 V1 % 七Fig. S, OptiniLini switching tabl:.圖七是變化的推力和吸引力 當電壓矢量選擇的主要方面 瑪麗磁鏈矢量在某些瞬間。例如， 假設選擇電壓矢量VI，折痕慢慢為時間常數決定從 繞組電阻和令人興奮的電感，都 引力和推力減少。假設v2是SE- 所選，滑差頻率恒定的幅度增加 主磁鏈，推力增加，但吸引力下降。因此，解耦控制之間 實現電壓矢量推力和引力 依靠推力和吸引力的必要性 強制。圖

12、8顯示了一個最佳的開關表的例子 存儲在ROM.The推力和通量的誤差比較 和數字化的遲滯比較，結果71 美元和獲得訪問交換表。他們指出 推力和引力是否有必要或沒有， 分別。推力的極性決定的F / B信號。信號EN為1美元的地區，這是獲得 比較$ DL每個驊都有自己的最佳 交換表。1*0.01345 lO.O0334s(LIMA control)same as above(LIMB control)一【Me controlsame as abov&(HMD control ；LIMCtableIV。運動控制模塊的圖9顯示的補償框圖利itation系統。每個驊差距的長度是受兩個階段的PD控制器。自

13、振蕩模塊加入加速到PD輸出阻尼間隙長度的計算。由于鐵路的堅固的一部分，我控制器不能受聘于個別控制器；因此，在圖所示。9,只有平均值的差距長度補償由我控制。增加輸出主磁鏈的命令。在引導系統，每個直線電機的推力控制不generatethe偏航回轉的時刻。為了防止的那一刻，它是必要的平衡左側的推力的總和權。因此，遲滯比較F / B和圖71。8必須修改，如圖所示。10。FA，FB，FC和FO是每個直線電機的推力，而FL=足總杯+的FB和FR= FC + FD推力的總和左邊和右邊，和F=足總杯+ FB+ FC+ FD是整個模塊的推力。在加速或減速的持續時間，模塊推動不斷推力。在位置控制模塊幾乎恒定的推力

14、和減速停在理想的位置，采用滑模控制方法。“滑動曲線如下決定。假設運行阻力是比較小制動力，恒定運動方程制動力F1可以表示如下： TOC o 1-5 h z rrtAv Fi = 0(6)其中m是模塊的重量和AV是速度錯誤。當位置誤差AX，AV= AX中，和(6)改寫如下；C Ax =Cc(7)C Ajc =Cc(7)whereCi =Cc； constant.Therefore, lhe sliding curve is expressed as follows；S = C8土成(+: v ToC = Co：=CO： AX 0和XO,這是目標位置附近，制動力命令設置-FL接近和設置為0的XO出發

15、。線性區域周圍設置滑動曲線。由于斷裂強力的命令是零XO筆記本電腦后，C值變為零，但補償穩態誤差，它被設置，那么在一分鐘的價值有限公司，推力命令F*成為F* =耳卜 KS（9）whereFs = FiAx Fs 0:K constant.五，控制系統配置圖11顯示了整個控制電路框圖運行的module.The控制電路組成，推力，磁懸浮，解耦控制電路。每個驊驅動從一個共同的整流供電的逆變器。如前所述，位置控制電路安裝在運行控制電路。根據加速ATION，減速，停止命令，推力命令女*計算8-B單晶片微電腦8031如圖。12。檢測模塊的位置超聲波傳感器，并輸入微機。估計速度U在n采樣時間（）。位置數據（n

16、）和X（N - 1）的區別前一個樣本。命令，是否應該停止，加速或減速，被發送到微機。在Fig. 2. Flowchart of running control.停止命令的情況下，進行位置控制。 的位置來判斷，無論是超前或落后20 時的位置是20日之前，制動力的命令 FS和滑動曲線系數C到-F1 和C1分別。當的位置，落后20 設置為0和CO分別。因此，推力命令是（9）計算。在減速的情況下，推力 命令保持在-FB，直到速度變為零。在 加速的情況下，推力命令設置法。這些命令改變了，慢慢地一階滯后 方案。Fig. 13、 Decoupling coniiol circuit of the LM圖13

17、顯示了解耦控制電路，它采用介紹的方法，在第111條。首要的三個階段w1和電流IL電壓檢測隔離放大器并轉移到D-Q分量，分別。通過使用集成的D-Q主磁鏈估計公式如下：（dl _，.腿1 Hi祐1）此、1J 一島婦浦/從下面的公式得到的直線電機的推力，對應的異步電動機的轉矩：Fa = tt/t （也初1 -幅山 1）（11）其中7是極距長度。正如圖所示。8，分為六個區域是主磁通矢量方向約確定檢測的的ID1角度，IQL3-B數字信號的ROM。自“驊在實驗中使用的極間距只有兩個繞組，大型靜態最終的效果進行了觀察。失去平衡的吸引力之間的階段，并使得動態穩定性差。到補償的效果，三到二相位轉換電路有不同的王

18、要收益 電流傳感器被聘用。其中，GA, GB,和G,是為各階段的收益 電流。約從idlr計算iqlr。實在是太復雜，估計磁鏈，尤其是在低頻率。一般來說，推力是非常在與引力比較小，主因此，. J -F1IQOmste/divFig. 14. Step response of rhe gap length.3)(b)Fig, 15, CompensaJted result of the end effect： (a) 3cu有 of (fi = 0,25Hz);b) ccrnpen&abed result of (a).前幾乎等于給我1美元的一磁化量推力比對實驗的吸引力一個是0.0446；因此，這

19、種近似的錯誤可以忽略不計。1411與主磁通 通過遲滯比較器的命令和數字化。如圖最佳的開關表。8記憶上ROM，其地址信號F / B, T L （T）, 4,8。這些信號后訪問的ROM，最佳電壓矢量PWM逆變器直接選擇。六。實驗結果圖14顯示了階躍響應的間隙長度contro從3.12到2.88至3.12毫米的電路改變。沒有overshoo在這個實驗中觀察到。圖15顯示了最終效果的補償結果。無花果15 （一）初級電流矢量軌跡時thrus命令同時制約模塊。圖15（二補償的結果顯示（一）。吸引力C相是由最終的效果，相電流C具有通過調整增益相同的水平減少因此，初級電流的軌跡成為橢圓形但最終效果補償電路的輸

20、出變為近圓形。磁懸浮系統將不會受到影響，趨于穩定。圖16（a）所示的推力和間隙長度的波動停止條件下。據觀察，推力控制是幾乎恒定和波動的差距長度控制在f0.1毫米。圖16（B）顯示間隙長度的thrus的階躍變化的響應命令。波動的間隙長度是0.1毫米左右和足夠的解耦控制，可實現。圖17顯示模塊的動態行為。“起伏波動是rt0.2毫米，軋輥是0.1 ，和間距約0.03。500msec/div(b)Fig. 16. Fluctuation of the gap length: (a) F =constant; (b) step change of FFig. 17. Dynamic behavior o

21、f the module.圖18顯示位置控制的瞬態響應。減速時的速度下降率幾乎是常數。結果表明，位置控制是可能的不斷bralung力量，以得到更精確的精度，背后莫寧制動力減弱。由于窮人超聲波傳感器的靈敏度與頻率40千赫，定位精度是有限的范圍內關于F5毫米。TAKASHI AND IDE DECOUPLING CONTROL OF THRUST AND ATTRACTIVE FORCE2D0mSec/dlvFig. 1& Transient response of position control.七。結論在本文中，一個新的磁控制方法列弗itation車輛使用驊。它采用解耦由一個直線電機來控制推

22、力和引力之間的簡化的模塊結構。它是通過選擇PWM逆變器的電壓矢量。下面的結果已獲得：通過控制的直線電機的推力和吸引力PWM逆變器，瞬態變化的差距在推力命令階躍變化的長度小于0.1毫米，并有足夠的解耦控制實現。為了驗證所提出的控制方案，原型模塊和鐵路的修建。作為一個結果測試，實現穩定的運動控制與升沉f0.2毫米之內，和軋輥，并在0.1間距“。采用一種改進的滑模控制。位置由超聲波傳感器，位置檢測使用一個單片機進行控制。內F 5毫米的精度。致謝作者想表達他們的感謝長岡大學電力電子實驗室成員三洋電機有限公司的技術和M-山田參考A. Ohishi，HSST-05系統一般在YES89和業務大綱”在PROC。ZNT。CON美元磁懸浮SYST。線性驅動器，1989頁。93。B. OOI和直流白色，“牽引和正常的線性部隊異步電動機，“ZEEE跨。電力應用。含量。，第一卷。PAS-89，沒有。4,P。638， 1970。SA納薩爾和I. B