直線電機相關原理

概述：

直線電機是一種(zhǒng)將(jiāng)電能(néng)直接轉換成(chéng)直線運動機械能(néng)，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成(chéng)是一台旋轉電機按徑向(xiàng)剖開(kāi)，并展成(chéng)平面(miàn)而成(chéng)。直線電機也稱線性電機，線性馬達，直線馬達，推杆馬達。最常用的直線電機類型是平闆式和U 型槽式，和管式。 線圈的典型組成(chéng)是三相，由霍爾元件實現無刷換相。

直線電機經(jīng)常簡單描述爲旋轉電機被展平，而工作原理相同。動子(forcer,rotor) 是用環氧材料把線圈壓縮在一起(qǐ)制成(chéng)的;磁軌是把磁鐵(通常是高能(néng)量的稀土磁鐵)固定在鋼上。電機的動子包括線圈繞組，霍爾元件電路闆，電熱調節器(溫度傳感器監控溫度)和電子接口。在旋轉電機中，動子和定子需要旋轉軸承支撐動子以保證相對(duì)運動部分的氣隙(air gap)。同樣的，直線電機需要直線導軌來保持動子在磁軌産生的磁場中的位置。和旋轉伺服電機的編碼器安裝在軸上反饋位置一樣，直線電機需要反饋直線位置的反饋裝置--直線編碼器，它可以直接測量負載的位置從而提高負載的位置精度。

直線電機的控制和旋轉電機一樣。像無刷旋轉電機，動子和定子無機械連接(無刷)，不像旋轉電機的方面(miàn)，動子旋轉和定子位置保持固定，直線電機系統可以是磁軌動或推力線圈動(大部分定位系統應用是磁軌固定，推力線圈動)。用推力線圈運動的電機，推力線圈的重量和負載比很小。然而，需要高柔性線纜及其管理系統。用磁軌運動的電機，不僅要承受負載，還(hái)要承受磁軌質量，但無需線纜管理系統。

原理：

由定子演變而來的一側稱爲初級，由轉子演變而來的一側稱爲次級。在實際應用時(shí)，將(jiāng)初級和次級制造成(chéng)不同的長(cháng)度，以保證在所需行程範圍内初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長(cháng)次級，也可以是長(cháng)初級短次級。考慮到制造成(chéng)本、運行費用，以直線感應電動機爲例:當初級繞組通入交流電源時(shí)，便在氣隙中産生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將(jiāng)感應出電動勢并産生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就(jiù)産生電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運動;反之，則初級做直線運動。直線電機的驅動控制技術一個直線電機應用系統不僅要有性能(néng)良好(hǎo)的直線電機，還(hái)必須具有能(néng)在安全可靠的條件下實現技術與經(jīng)濟要求的控制系統。随著(zhe)自動控制技術與微計算機技術的發(fā)展，直線電機的控制方法越來越多。

對(duì)直線電機控制技術的研究基本上可以分爲三個方面(miàn):一是傳統控制技術，二是現代控制技術，三是智能(néng)控制技術。傳統的控制技術如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統中得到了廣泛的應用。其中PID控制蘊涵動态控制過(guò)程中的信息，具有較強的魯棒性，是交流伺服電機驅動系統中最基本的控制方式。爲了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技術。在對(duì)象模型确定、不變化且是線性的以及操作條件、運行環境是确定不變的條件下，采用傳統控制技術是簡單有效的。但是在高精度微進(jìn)給的高性能(néng)場合，就(jiù)必須考慮對(duì)象結構與參數的變化。各種(zhǒng)非線性的影響，運行環境的改變及環境幹擾等時(shí)變和不确定因素，才能(néng)得到滿意的控制效果。因此，現代控制技術在直線伺服電機控制的研究中引起(qǐ)了很大的重視。常用控制方法有:自适應控制、滑模變結構控制、魯棒控制及智能(néng)控制。主要是將(jiāng)模糊邏輯、神經(jīng)網絡與PID、H∞控制等現有的成(chéng)熟的控制方法相結合，取長(cháng)補短，以獲得更好(hǎo)的控制性能(néng)。