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新型直线电机驱动系统的设计与验证

目录

一、内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.2直线电机技术发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.2.1国内外发展概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

1.2.2主要技术流派与应用领域．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

1.3本文研究目标与主要内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

1.4技术路线与论文结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

二、直线电机驱动系统理论基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

2.1直线电机工作原理与结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

2.1.1集成式直线电机与传统旋转电机对比．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

2.1.2永磁直线电机基本结构组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

2.2直线电机数学模型建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

2.2.1运动方程与电磁场方程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

2.2.2电压、电流、力与速度的动态关系．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

2.3驱动系统特性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

2.3.1转换效率与响应速度分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

2.3.2控制特性与鲁棒性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

三、新型直线电机驱动系统方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

3.1需求分析与性能指标确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56

3.1.1应用场景与负载特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57

3.1.2关键性能要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59

3.2系统总体方案论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61

3.2.1主电路拓扑结构选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61

3.2.2控制策略初探．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63

3.3执行机构选型与设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65

3.3.1直线电机类型与参数确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70

3.3.2定子、动子与磁轨结构优化设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72

3.4功率电子变换器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76

3.4.1拓扑结构与开关管选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．79

3.4.2原理图设计与参数计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83

3.5控制系统架构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．87

3.5.1控制单元选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．89

3.5.2模块化控制策略设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91

3.6传感器配置与信号处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．93

3.6.1位置、速度、电流检测方案选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．95

3.6.2信号调理与抗干扰设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．99

四、驱动系统建模与仿真验证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．100

4.1系统整体建模．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102

4.1.1电路模型与．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．