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一種高速直線電機定位測速系統的硬件在環仿真方法

時間:2024/9/29閱讀:1310
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高速直線電機是利用電機產生的電磁力推進載體達到高速運行的一類機電轉換裝置,具有可控性能好、可重復使用、發射效率高等優點,在各個領域具有廣泛的應用價值。在民用領域,高速直線電機在未來可以實現1000 km/h以上長距離、大運量客貨運輸。在航天領域,基于電磁推進的火箭發射軌道助推技術,有望將火箭推進至1000 km/h以上再進行點火發射,能夠有效降低火箭發射成本。

在某些特殊領域,基于直線電機的電磁推進高速科學研究與試驗設施(電磁橇)能夠顯著提升我國對新型航空器的地面試驗設施的測試能力和技術水平。直線電機驅動系統運行時采用動子位置和速度進行閉環控制,為了在有限的行程范圍內實現系統的高速運行,需要在運行過程中獲取精確的動子位置和速度信息,以控制變流器的輸出頻率、電壓和電流,實現穩定的推力和制動力。

高精度高實時性的定位測速系統對高速直線電機的穩定運行至關重要。中國科學院電力電子與電力傳動重點實驗室(中國科學院電工研究所)、中國科學院大學的范滿義、史黎明等學者,針對高速直線電機定位測速系統的高精度和高實時性的特殊需求,建立了直線電機定位測速系統的數學模型,分析了定位測速系統參數設計約束條件。基于所研制的分布式采集設備、脈沖發生器、激光器發生器、多通道模擬器及系統控制器構建了一套具有高契合度的定位測速硬件在環仿真系統。

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圖1 高速直線電機位置檢測系統拓撲網絡

他們通過對比給定的位置/速度與檢測到的位置/速度的數據結果,量化測量誤差。通過與電機控制系統的硬件在環閉環系統聯合仿真,驗證了該方法的有效性,且能夠為位置與速度檢測算法的改進與仿真驗證提供良好的測試平臺。

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圖2 定位測速硬件在環仿真系統框架

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研究者指出,該系統的集成度高、適用性強,能夠對不同速度檢測算法進行硬件在環實驗驗證,同時能夠隨時對仿真結果數據進行提取和分析,有益于對位置與速度算法、故障檢測與分析方法以及冗余控制策略算法的改進研究,對工程實踐具有較高的指導意義和參考價值。

本工作成果發表在2023年《電工技術學報》增刊1,論文標題為“一種高速直線電機定位測速系統硬件在環仿真"。本課題得到國家重點研發計劃的支持。



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