大推力双U型永磁同步直线电机设计及性能测试_童亮
永磁直线同步电动机直接推力控制系统仿真研究的开题报告
永磁直线同步电动机直接推力控制系统仿真研究的开题报告一、选题背景永磁直线同步电动机（PMSM）是近年来应用广泛的新型电动机之一，其优点很多，如高效、节能、响应速度快、精度高、噪声低等。
其在电动车、电梯、机床、印刷机等多个领域都有应用。
直接推力控制是PMSM 的一种重要控制方法，目前针对直接推力控制的仿真研究较为流行，但是对于永磁直线同步电动机直接推力控制的仿真研究在国内外尚缺乏相关实验与文献。
二、选题意义永磁直线同步电动机直接推力控制系统的仿真研究，可以通过建立数学模型，分析矢量控制器中各种环节间的相互关系，控制电机的速度、转矩，以及控制直线运动器的推力大小。
这样能够提高控制系统的稳定性、精度和响应速度，进而提高电机的工作效率与加速度。
同时，该仿真研究可以为以后的实验研究提供方向与参考，推广PMSM的应用，提高国内电机控制技术的水平。
三、研究内容和方法研究内容：1. 建立永磁直线同步电动机直接推力控制系统的理论模型，并利用Matlab/Simulink软件进行仿真计算。
2. 对矢量控制器中的各个环节进行分析，以提高运动器的推力控制精度和稳定性。
3. 通过实验验证仿真结果的准确度，并对控制参数进行优化，使系统响应速度更快、运动器的推力更为稳定。
研究方法：1. 围绕PMSM直接推力控制的控制方法进行研究，结合先进的控制理论与经验，建立直线运动器数学模型，对永磁直线同步电动机直接推力控制系统进行模拟分析。
2. 调整PMSM的控制参数，通过修改仿真模型的输入，进行仿真计算和实验验证。
3. 运用Matlab/Simulink软件创建一个基本的直线运动器的模型，为后续优化控制算法的实验提供实验证据。
四、预期成果1. 建立永磁直线同步电动机直接推力控制系统的理论模型，分析直线运动器中各种环节间的相互关系；2. 通过仿真计算和实验验证，得出控制系统响应速度更快、运动器的推力更为稳定的最优控制参数；3. 推广永磁直线同步电动机，在机械、印刷、电梯等多个领域的应用，促进我国电机控制技术的发展。
u型无铁芯直线电机结构设计和电磁场仿真优化
U型无铁芯直线电机是一种新型的直线电机结构，由于它没有铁芯，因此具有较高的功率密度和较低的惯性。
U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化是其研究和应用的重要方面。
本文将从以下几个方面对U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化进行探讨。
1. U型无铁芯直线电机的结构设计U型无铁芯直线电机的结构设计包括定子、滑块、导轨等部分。
在定子方面，需要考虑绕组的布置、绕组的参数选择、绕组的绝缘等问题。
滑块的设计需要考虑其材料、表面处理、导向方式等因素。
导轨的设计则需要考虑其刚度、平整度、表面硬度等方面。
在结构设计过程中，需要充分考虑U型无铁芯直线电机的整体性能和稳定性，尽可能减小机械振动和噪声，提高运行精度和可靠性。
2. U型无铁芯直线电机的电磁场仿真优化电磁场仿真是U型无铁芯直线电机设计和优化的重要工具。
通过电磁场仿真，可以分析磁场分布、磁通密度、电磁力等参数，从而优化绕组的布置、绕组的参数、磁路的设计等方面。
电磁场仿真还可以帮助分析电机的热场分布，从而优化散热结构，提高电机的工作效率和稳定性。
电磁场仿真还可以分析电机的电磁噪声，帮助减小电机的噪声水平，提高其工作环境的舒适性。
3. 结构设计与电磁场仿真的协同优化U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真是相互关联、相互影响的。
在结构设计阶段，应充分考虑电磁场仿真的需求，为仿真分析提供准确的几何模型和材料参数；在电磁场仿真阶段，应结合结构设计的要求，对仿真结果进行综合分析和优化设计。
通过结构设计与电磁场仿真的协同优化，可以有效提高U型无铁芯直线电机的性能指标，优化其结构和工作参数，提高其整体竞争力和市场应用前景。
U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化是其研究和应用的重要方面。
本文从结构设计、电磁场仿真和协同优化等方面进行了探讨，希望对相关领域的研究人员和工程师有所启发和帮助。
在未来的工作中，还可以进一步扩展研究内容，探索更多创新性的方法和技术，推动U型无铁芯直线电机的发展和应用。
永磁同步直线电机伺服控制系统设计
Ｐ Ｓ ＭＬ Ｍ因具有高效 、 高可靠 陛、 体积小 、 时 间常数小 、 响应快和可控性好等优 势， 而大量的 应用于小 功率设备， 作为伺服驱动和精度较高 的 定位控制［。 引 合理的伺服控制系统 的设计方案 ，
必将 推动 Ｐ Ｓ ＭＬ Ｍ进 一步 应 用。
伺 服 系统
力， 以获得单 向或双 向的有 限可控位移 ［。 】 永磁 １
同步 直线 电机 （ ｅｍａ ｅ ｔ ｇ ｅ ｉｅ ｒＳ ｎ Ｐ ｒ ｎ ｎ Ｍａ ｎ ｔＬｎ ａ ｙ —
Ｋｅ ｗｏｒ ： ｒ ａ ｅ ｔ ａ ｎ ｔｌｎ ａ ｙｎ ｈ ｏ ｏ ｙ ｄｓ Ｐｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｉ ｅ ｒ ｓ ｃ ｒ ｎ ｕｓ ｍ
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数 字信 号
中图分类号： ＴＭ３ １ 文献标识码 ： ５ Ａ ＤＯＩ 编码 ： ０３ ６ ／． ｓ ０ ６２ ０ ．０ ２０ ．０ １ ．９ ９ｊｉ ｎｌ ０ ・８ ７２ １ ．２０ ８ ｓ
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｌｉ ｅ ｒｍ ｏ ｏ ａ ｂ ａ ｎ ｌｎ ａ ｏ ｉ ｎ ｔａ ｔ ｎ ａ ｔ ｒ ｃ ｎ ｏ ｔ ｉ ｉ ｅ ｒｍ ｔｏ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｈ ｏ ａ ｙ ｍｏ ｏ ， ｅ ｍａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｌ ｅ ｒ ｏ ａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｔ ｒ ｐ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｉ ａ ｈ ｎ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏ ｏ ｓａ ｌ ｏ ｄ ｉ ｅ ｄ ｒ ｃ ｌ ｈ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ ｉ ｂ ｅ ｔ ｒｖ ｉｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｕ ｐ ｎ ｙ ｗｈ ｒ ｉ ｅ ｒｍｏ ｉ ｎ ｉ ｅ ｕ ｒ ｄ ｏ ａ ｑ ｒ ｈｅ ｌｍ ｉ ｄ ｅ ｅ ｌｎ ａ ｔｏ ｓ ｒ ｑ ｉ ｅ ，ｔ ｃ ｕｉｅ ｔ ｉ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌａ ｌ ｉ ｐ ａ ｅ ｎ ． ｋ ｎ ｆ ｄ ｓｇ ｒ ｇ ａ ｏ ｏ ｔ ｏ ｌ ｂ ｅ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ Ａ ｉ ｄ ｏ ｅ ｉ ｎ ｐ ｏ ｒ ｍ ｆ ｐ ｒ ａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｌ ｅ ｒｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏ ｏ ｅ ｖ —ｙ ｔｍ ｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｉ ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ ｓ ｒ ｏ ｓ ｓｅ ｎ ｗａ ｒ ｅ ｕ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｈ ｓ ｓ ｌ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｓｗｏ ｋ ｄ ｏ ｔ ｓｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｔ ｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｔ ｅ ｉ ｈ ｅ ｒ ｈ ｔ
基于直线电机的高速滚珠丝杠副寿命试验机设计
基于直线电机的高速滚珠丝杠副寿命试验机设计童亮;王准【摘要】A high-speed ball screw running-life test machine based on a linear motor was designed according to the testing requirements for the high-speed ball screw.A high-speed ball screw running-life test machine which used the linear motor as the loading mechanism,the rotation servo motor for the screw drive mechanism and the programmable multi-axis controller as motion controller,was de-signed and met the testing requirements of life testing and related parameters of the ball screw in the case of the long-running high-speed,high acceleration,big load under the conditions of continuous sta-ble varying loading.The test results demonstrate the feasibility of the system.%针对高速滚珠丝杠副性能指标的测量需求，设计了一套基于直线电机的高速滚珠丝杠副寿命测试试验系统，系统以直线电机为加载机构、旋转伺服电机为丝杠驱动机构、多轴运动控制卡为运动控制器。
据此系统设计的滚珠丝杠副高速加载跑合寿命试验机在连续稳定变负载的情况下，可以对滚珠丝杠在高速、高加速度、大负荷等条件下进行长时间运行测试，满足寿命试验机对滚珠丝杠副寿命试验和相关参数的测试要求。
U型无铁心永磁同步直线电机磁场建模与分析
喏名L 乃农别名阄2018,45 (2)研究与设计I EMCAU 型无铁心永磁同步直线电机磁场建模与分析李争"，张家祯"，王群京2(1.河北科技大学电气工程学院，河北石家庄 050018;2.安徽大学高节能电机及控制技术国家地方联合工程实验室，安徽合肥230601)摘要：传统的铁心式直线电机由于铁心开断的影响，造成了横向和纵向边端效应，使推力输出波动较 大;无铁心 直线电机 槽的优点，结构简单，控制灵活。
采两种铁心直线电机 的问题， 和电，采电机，验 计算的 。
电机 的影响。
电机， 了优化设计，为电机的设计与了。
关键词：无铁心"直线电机；磁场分析；解析法"有限元法中图分类号：TM 351文献标志码：A文章编号：1673-6540(2018)02-0075-06MagneticFieldModelingandAnalysisofU-ShapedIronlessPermanent MagnetSynchronousLinearMotor*Ll Zheng 1， ZHANG Jiazhen 1， WANG Qunjing 2(1. School of ElectricalEngineering，HebeiUniversityof ScienceandTechnology，Shijiazhuan2. National Engineering Laboratory of Energy-saving M otor & Control Technique，Anhui University ，Hefei 230601，China )Abstract : Due t o the influence of tlie core breaking ，the traditional iron core linear motor had the end-effect oflateral and vertical side ，which m ade the output of the thrust line fluctuate greatly. The ironless permanent magnetsynchronous linear motor has the advantages of zero slot effect ， simple structure and flexible control. Based on the analysis of air gap magnetic field ironless permanent magnet synchronous linear motor problems by using two kinds of analytical method ，namely e quivalent magnetic potential method and the equivalent magnetizing current method ，and the finite element analysis of the magnetic field using the finite element method. The analytical mfield analysis was verified to be accurate. By changing the motor parameters ，the optimization design was achieved ， which provided the r eference for the design and analysis of same kind of motors.Key words : ironless ; linear motor ; magnetic field analysis ; analytical method ; finite element method0 ^ *更小、效率更高，系统的精度、稳定性和响应速度0能 优越。
工程科学的践行者——纪念童秉纲院士
第51卷第1期力学进展2021年3月力学界工程科学的践行者—纪念童秉纲院士余永亮1孙德军2陆夕云2，*1中国科学院大学工程科学学院，北京1000492中国科学技术大学近代力学系，合肥230026摘要中国科学院院士童秉纲教授（1927—2020)是流体力学家、教育家，工程科学的践 行者.文中简要介绍了童秉纲先生的生平，着重回顾了童先生在非定常流与涡运动、生 物运动力学、气动热力学等流体力学3个分支学科领域对工程科学思想的实践，最后介 绍了童先生对我国力学教育的杰出贡献.关键词工程科学，流体力学，力学教育中图分类号：0354, Q66 文献标识码：A DOI: 10.6052/1000-0992-21-004童秉纲先生（1998年，中国科学院大学图书馆)收稿日期：2021-1-28;录用日期：2021-03-15;在线出版日期：2021-03-17E-mail: ************.cn引用方式：余永亮，孙德军，陆夕云.工程科学的践行者—纪念童秉纲院士.力学进展，2021，51(1): 145-154 Yu Y L, Sun D J, Lu X Y. Tong Binggang: A pioneer in the practice of engineering science.Advances in Mechanics^2021, 51(1): 145-154© 2021《力学进展》版权所有146力学进展2021年第51卷图1________________________________________________________________童秉纲（右）与导师克雷洛夫（左）探讨学术问题（1953年，哈尔滨工业大学)1引言童秉纲1927年9月28日生于江苏省张家港市，2020年7月9日于北京逝世，享年93岁.他 是流体力学家、教育家，中国科学院院士，中国科学院大学教授，中国科学技术大学教授.1950年从南京大学机械工程系本科毕业；1950 —1953年在哈尔滨工业大学师资研究生班学习，师从苏联 力学专家克雷洛夫（图1)，毕业前即从事理论力学的教学工作，并担任理论力学教研室代主任；毕业后留校任教，先后担任理论力学教研室主任、讲师.1961年调入中国科学技术大学（简称中科 大)，先后担任高速空气动力学/流体力学专业教研室副主任、主任，1978起先后任近代力学系副主 任、主任；1978年任副教授，1981年晋升为教授并被国务院学位委员会批准为国家首批博士生导 师.1986年调入中国科学院研宄生院（2012年更名为中国科学院大学，简称国科大）任教，并仍受 聘为中科大近代力学系教授.1997年当选为中国科学院院士，2002年获得何梁何利基金科学与技 术进步奖.童秉纲院士是工程科学的践行者.钱学森在20世纪40年代提出了工程科学（e n g i n e e r i n gs c i e n c e,或称为“技术科学”）的概念，要求以自然科学的理论为依据，创建工程技术所需的工程理 论.童秉纲先生结合自己多年教学和科学研究的实践，对工程科学的理论提出了自己深刻的见解. 他指出，工程科学与自然科学一样，要从工程实践中抽象出科学问题，建立力学模型，以数学手段 求解，得到的结果须经过检验，最后形成应用理论（童秉纲和余永亮2018).近四十多年来，童秉纲 先生主要从事非定常流与涡运动、生物运动力学、气动热力学的研宄，他与合作者一起，推动了流 体力学这些重要分支学科的发展，极大地丰富和发展了钱学森的工程科学思想.第1期余永亮，孙德军，陆夕云：工程科学的践行者纪念童秉纲院士1472非定常流与涡运动非定常流与旋涡是自然界普遍存在的流体运动形式.非定常流研究的是流动特性随时间变化 的物理过程，经典的非定常流理论以位势流为基础，至今在工程设计中仍有着应用价值.但是，非 定常流常常伴有大尺度流动分离，黏性效应不可忽略，己不能简单地作为势流处理.在非定常黏性 流中，旋涡的生成、发展和演化过程支配着流动的主要特性以及流体和物体的相互作用.对非定 常流和涡运动的研宄，不仅要认识流动的演化规律和机理，而且要实现对流动的有效控制，达到工 程上兴利减弊的目的.1970年代初，童秉纲先生和合作者在国内率先开展了基于非定常空气动力学理论的飞行器动 导数研宄.区别于传统的基于线性理论和准定常假定的动导数计算方法，他们从非定常气动理论 出发，开拓和发展了从低速、跨声速、超声速、近高超声速直到高超声速的整套动导数计算方法，广泛应用于工程设计中.特别是，他们针对跨声速流和高超声速流动固有的非线性困难，建立了相 应的非定常流理论模型，采用半解析半数值的求解途径，发展了若干新方法.例如，适用于机翼和 旋成体的非定常跨声速局部线化面元法及其配套的多种核函数近似算式，以及适用于高超声速钝 头体的非定常内伏牛顿-布兹曼流动理论.相关工作获得了国防科学技术工业委员会和中国科学 院的4个科研成果奖，部分工作被美国A D报告译载（AD-A168449, 1986)，并被国外学者在综述论 文中大篇幅介绍（East &Hutt 1988).1980年代，童秉纲先生等开展/非定常极端曲地面效应研宄，这是被加州理丄学院吴耀祖教 授评价为“卓越超群”的一项工作.地面效应指飞行器靠近地面飞行时所引起的升力变化效应，在 此之前该领域的主要研宄成果都是针对定常流动问题.极端曲地面效应即指飞行器靠地面更近,且地面为波形面，这样就不得不考虑流动的非定常、非线性.他们建立了三维非定常、非线性极 端曲地面效应的理论，用摄动方法建立了三维薄翼在极端曲地面效应下的三阶非线性模型，发现 了曲地面与对应的平地面效应之间的等效定理.进而，在导得非定常势流的两个新的精确解基础 上，得出了小展弦比升力面和细长旋成体在极端曲地面效应下的近似解析解，揭示了曲地面效应 的物理规律.相关成果（汪前喜1989)部分发表在《J o u r n a l o f F l u i d M e c h a n i c s (J F M)》上，所指导的 博士研究生汪前喜也因此获得了中科大郭沫若奖.1989_1998年，在庄逢甘院士主持的两期国家自然科学基金委重大项目中，童秉纲先生均负 责了相关的旋涡运动研宄子课题,其中有两项成果分别被列为两期重大项目的亮点（柯辛1993,国家自然科学基金委1999).第1项是他指导的博士生陆夕云的博士论文工作中关于圆柱动态绕流 现象的研宄（陆夕云1992).圆柱动态绕流虽然是个简单的模型，但可以揭示复杂的涡运动形态及 其非线性机制，在当时对动态的物体绕流进行有效的非定常数值模拟还不是一件容易的事.陆夕 云的工作率先数值模拟了圆柱沿任意方向大幅振动的近尾迹复杂涡结构形态及其演化过程，给出 了频率和振幅相平面内的涡结构分区图，揭示了涡脱落中相位转换、模态竞争等非线性特征.第 2项是他指导的博士生孙德军的博士论文工作（孙德军1995)，主要采用了两种不同途径对圆柱尾 迹的稳定性进行了研究，分别是局部“绝对/对流不稳定性”分析和非平行流的“整体不稳定性”分 析，揭示了整体模态跳跃和涡街形成的机理.特别是在圆柱振动情况下，首次对周期性尾迹开展了 F l o q u e t稳定性分析，揭示了涡街被激发或抑制的参数规律及不稳定性机理.孙德军还因此获得了148 力学进展2021年第51卷中国科学院院长奖.童秉纲先生所领导的研究团队还在涡方法上开展了若干开拓性的工作.他们成功处理了物面 上具有凸拐角点或局部质量引射的复杂构形绕流问题；发展了计算复杂构形的快速涡方法，有效 提高了流场分辨率；提出了一种新的自适应涡团模型和相应的确定性计算格式；还提出了一种涡 方法与有限差分法结合的分区混合计算方法.进而，应用这些方法成功地模拟了钝体绕流、剪切 层和尾迹的演化、旋涡之间的相互作用、旋涡碰到物体的反弹等问题，揭示了蕴含其中的多种流 动机理.为了促进国内非定常流和涡控制的研究，童秉纲和崔尔杰等在1990年举办了“非定常流与涡 控制”讲习班，并出版了专著《非定常流与涡运动》.作为“分离流与涡运动”会议的组委会成员，他积极推动了该会议的持续召开.在21世纪初，童秉纲先生还极力支持吴镇远先生倡导的涡动力 学休研会，并主持制定了这个会议的基本原则，即小型、高端、基于邀请、充分讨论，这些原则一 直坚持至今.3飞行和游动的生物运动力学生物运动力学是研究运动生物在神经信号控制下，驱动其肌肉产生收缩动作，使生物体或执 行器官发生形变并与周围流体相互作用，从而实现自主游动和自主飞行的一门交叉学科.研宄内 容包括了神经控制、肌肉力学、生物材料性能、生物的形态及其运动模式（运动学)、其推进和控 制机制（生物外部流体力学)、能量转换及其效率（力能学）等.研宄生物运动力学这个交叉学科具 有两个方面的需求.其一，工程技术专家要利用生物运动力学理论研制仿生水下航行器和微型飞 行器；其二，动物学家要研究游动和飞行的力学效应对动物的生理学、生态学、动物行为及进化的 相互影响.因此，飞行和游动的生物运动力学是一个以流体力学为先导的交叉前沿领域.1985年，童秉纲先生与庄礼贤教授共同指导博士生程健宇开始从事鱼游方面的工作.基于流 体力学的理论，建立了三维波动板模型：对任意平面形状、波幅沿体长任意变化的三维波动板产 生的大雷诺数流动进行简化，在时域内数值求解基于势流的非定常涡环面元法，当鱼类巡游时，可简化为在频域内求解.通过对鳗鲴模式和鰺科模式推进的分析，发现波动推进方式减弱了三维流 动效应，特别是“体长接近一个波长的鳗鲡模式，三维效应几乎消失根据该理论的分析结果，界定了经典的细长体理论和二维波动板理论的适用范围.同时，该理论还被用于分析最佳游动方式 以及亚鰺科模式、鰺科模式和月牙尾推进3种类型的尾鳍形状优选，从流体力学观点探讨了水生 动物进化的形态适应问题（C h e n g e t a l. 1991，T o n g e t a l. 1993).时任J F M副主编的P e d l e y教授在 给程健宇的信（1996)中评述，“三维波动板理论是继六十年代L i g h t h i l l开创性的细长体理论之后，第一个可用于求解鱼类推进的三维流体力学新方法多年来，童秉纲先生所建立的三维波动板理 论也被国内外同行公认为生物运动力学领域的重要理论之一.20世纪末和21世纪初，仿生学研究在国际上逐渐受到重视，从动物运动中吸取灵感推动了生 物运动力学领域的发展.童秉纲先生组建了中国科学院研究生院与中国科学技术大学的仿生力学 研究联合团队，主要研究昆虫飞行和鱼类游动的流动物理，发展了活体运动观测、模型实验、数值 模拟和理论模化等多种研究手段.同时，还营造国内外合作交流的环境（图2)，与境外专家建立协 作关系或邀请他们来访交流（如千叶大学的刘浩、加州理工学院的吴耀祖、佐治亚理工学院的吴第1期余永亮，孙德军，陆夕云：工程科学的践行者纪念童秉纲院士149图2___________________________________________________________________________________________童秉纲在 ICOMP 做学术报告（1997 年，美国 NASA Lewis Center 的Ohio Aerospace Institute)镇远和台湾大学应用力学所的张建成等)，并密切与国内同行联系和合作（如清华大学曾理江、北 京航空航天大学王田苗、哈尔滨工程大学吴德铭等).基于团队的努力，为我国游动和飞行生物运 动力学的研究打开了新的局面.在中国科学技术大学，陆夕云、杨基明、尹协振和续伯钦等几位教授，搭建了颇具特色的仿生 力学实验平台，建设了一批研宄设备，如低速风洞、拖曳式水槽、回流式水洞和静水池以及多种先 进测量仪器，自行研发了一系列模拟机构，包括拍翼运动机构及控制系统研究平台、模拟鳗罐游 动模式的波状壁机构、模拟鰺科游动模式的单波长变振幅模拟器、模拟二维流动的肥皂膜装置等 等.在中国科学院大学，校学术委员会于2003年批准成立了由童秉纲先生和马晖扬教授组建的中 国科学院研究生院生物运动力学实验室，主要从事理论建模和数值分析方面的工作.鉴于取得的研宄成果和形成的学术影响力，以该团队为主体申请举办了主题为“飞行和游动 的生物力学与仿生技术”香山科学会议，并于2003年10月在庆祝香山科学会议十周年之际成功 召开.童秉纲先生和崔尔杰先生共同担任会议的执行主席.这次香山科学会议分析了国内外生物 运动力学及相关仿生技术研宄现状,探讨了这个学科的一些重大科学问题和战略需求.同年12月，在时任中国科学院院长路甬祥院士的提议下，又召开了以“仿生学的科学意义与前沿”为主题的 第220次香山科学会议，童秉纲先生担任了会议联合执行主席.经过十几年的发展，童秉纲先生指导其研究生在鱼类机动游动和昆虫拍翼机理的研宄等方面 取得了重要的进展.在鱼类游动的力学研宄中，童秉纲先生带领团队实现了“鱼-水”系统具有动量和动量矩守 恒的自主推进研宄.他们提出了变形体动力学方程，把鱼体的运动分解成整体平动、转动以及变 形运动，并将它与流体力学方程耦合计算，建立起“鱼-水”系统满足系统动量和动量矩守恒的生 物体自主推进模型，实现了鱼体自主推进的数值计算平台（Yang et al.2008).吴耀祖在2011年 的综述文章中提出这种自主推进模型也可以拓展到飞行动物的自主飞行研宄中（Wu 2011).在该 平台上，首次获得鰺科鱼类定速前游的尾迹涡结构，成功地分析了强机动转弯流动物理（Liu et al. 2011)，并发现快速转弯中曲率行波的重要作用.通过对力能学的研究发现，满足自主推进的巡游150 力学进展2021年第51卷状态下，生物标准代谢能耗是决定鱼体长距离游泳性能的关键因素（L i u e t a l.2012);建立了具有 伽利略不变性的变形体力能学方程，揭示了“鱼-水”系统中鱼体自主游动机械功率的生成和传 递过程，为研究肌肉输出功率提供了有效途径（W a n g e t a l. 2018).同时，童秉纲先生还进一步提出 了运动链一体化概念，开始探索从神经信号支配下的肌肉动作到最终的生物体与周围流体介质相 互作用的全过程，用以分析生物推进及能耗控制的机理，对活体生物材料的性质和肌肉性能进行 了评估，结果符合生物学实验测量的预期（Z h a n g e t a l. 2014).在昆虫拍翼飞行方面，中小型昆虫高频拍翼产生飞行动力的机制是当时难以理解的问题.当 飞行器小到厘米甚至毫米量级时，采用大型飞行器的固定翼或者旋翼的飞行方式难以产生足够的 飞行升力，其原因在于飞行雷诺数小到百的量级时，固定翼或者旋翼难以克服黏性带来的气动局 限性，而自然界中的昆虫通过高频的拍翼获得了飞行所需的高气动力.为了研究高气动力的成因,他们对高频拍翼引起的流动非定常性和黏性效应进行了量级分析，提出了强非定常流动可以抑制 黏性效应的判据，并建立了简化的空气动力学模型：把黏性效应归结为昆虫翼前、后缘脱泻的涡，而大部分空间的流动仍可简化为无黏流（Y u e t a l. 2003).简化后的流动可以用半数值半解析的方 法进行求解，并首次阐明中小型昆虫高频扑翼飞行的高升力来源，即附加惯性效应、前缘涡控制 和后缘涡控制（余永亮等2005).吴耀祖在综述鱼游和昆虫飞行方面的进展时，把该理论建模工作 列为昆虫大攻角拍动飞行领域的代表性工作（W u2011).4航天器气动热力学20世纪80年代，美国己经出现了航天飞机，其构形和流场复杂，不仅存在边界层传热，还存在 激波干扰导致的分离-再附流动及局部高热流环境.因此，在航天工程中，热防护是一个关键问 题，而预测飞行器表面热环境是防热设计的前提条件.然而，准确地确定飞行器表面的气动加热率 要比确定其空气动力更为困难.1988年，童秉纲先生与马晖扬教授在中国科学院研宄生院创建了空气动力学实验室，并与中 国航天空气动力研究院的姜贵庆研究员开始合作指导博士生，使得科学研宄与工程应用紧密结合. 他们开始在学术上探索一条新路，发展了有效的有限元算法来解决复杂构型高超声速气动热环境 预测问题，共同推进了计算气动热力学的发展.童秉纲等在结构网格框架内发展了一套对激波具有高分辨率的有限元-有限差分混合算法，更加适用于计算高超声速复杂构形的黏性流场（曹树声1991，王岩1996).他们还根据壁面流动 的能量和动量守恒律，导出了计算壁面热流和摩阻的积分型公式（段占元1998).与传统的温度梯 度差分算法相比，这种积分型算法大大减弱了因数值离散方式与网格雷诺数存在强相关引起热流 计算的不确定性，能够可靠地预测复杂流动中的峰值热流.相关成果被航天五院成功地应用于祌 舟1号飞船局部构件的复杂热环境预测.他们进一步完善了该有限元算法，应用到“翼身-舵”三维组合体构型的高超声速热环境计算，并在国内首次开展了非烧蚀热防护技术的研究（艾邦成 2006).以该研宄为基础，国内逐渐发展出疏导式热防护设计概念.进入21世纪以来，近空间高超声速巡航飞行器受到了极大的关注.童秉纲先生带领学生在 近空间新型飞行器气动热环境精确预测方面开展了工程理论的研究.由于近空间高速飞行器为了 提高升阻比，多采用尖头薄翼的乘波体/升力体外形，其前缘尺寸可小至毫米量级，又由于近空间第1期余永亮，孙德军，陆夕云：工程科学的践行者纪念童秉纲院士151空气密度较小，致使在前缘局部区域出现近连续或稀薄过渡流动.同时，由于飞行速度高，飞行器 头部形成强激波，波后高温空气中的氧气和氮气分子将发生振动能激发、离解-复合等一系列物 理化学过程，统称为高温真实气体效应，且该过程一般是非平衡的.对于高速、高温、局部稀薄和 热一化学非平衡的流动传热问题，传统的理论方法已失效.童秉纲及其研宄团队建立了沿驻点线 的准一维流动模型，给出了考虑稀薄气体效应和非平衡真实气体效应的尖化前缘气动加热的工程 理论.首先，建立了非傅里叶传热模型，用以研究分子碰撞非平衡引起的稀薄气体效应，提出了适 用于高超声速稀薄流动问题的判据（Wang etal. 2010).其次，基于理想离解气体模型和激波映射 方法，建立了计及非平衡真实气体效应的气动加热模型，提出了具有定量物理意义的非平衡流动 判据（Wang etal. 2013).综合以上两个模型，给出了稀薄气体效应和真实气体效应耦合作用下的 气动加热预测方法，丰富了人们对真实气体流动相似律和天地换算准则的认识.这些研宄工作受 到了人们的关注，相关博士论文应邀在“Springer Theses”系列中出版.他们还与航天工程单位开 展工程应用型的合作研宄，使相关的研宄结果在工程快速估算中得到直接应用.童秉纲先生在上述流体力学3个分支学科上具体实践了工程科学思想.他与合作者们从航空、航天飞行器以及仿生航行器等工程需求出发，凝练科学问题，在非定常流动的动导数、曲地面效 应、钝体绕流旋涡结构、波动推进、高频拍翼、非烧蚀传热、稀薄和非平衡气动加热等方面，抽象 出简化的力学模型，结合理论模化和数值手段，形成具有通用性的理论方法,深化了对流动机理的 认识，搭建了相关领域科学与技术的桥梁.作为我国著名的力学教育家，童秉纲先生从教六十余载，为我国的力学教育事业作出了杰出 的贡献.20世纪50年代，他在哈尔滨工业大学主持创建了国内第一个理论力学教研室，该教研室 是当时国内闻名的先进教学集体之一.他于1961年到中科大近代力学系任教，协助钱学森、林同 骥、卞荫贵等先生建设了中科大流体力学的专业教学体系.他勇挑重担，为振兴中科大力学系做 出了不懈的努力.现在中科大力学学科是全国重点一级学科，其教学和研究水平居于国内前列，受 到国内同行的尊重，其中凝聚了童秉纲先生多年的心血和辛劳（图3).童秉纲先生对力学教学及方法论均有深刻的理解，撰写过多部教材，均广受好评.他早年在哈 尔滨工业大学主持编写的《理论力学》（第1版）（1961)，被评定为“全国试用教科书”，是国内最有 影响力的工科理论力学教材.他和孔祥言、邓国华编著的《气体动力学》教材成为国内多所重点 高校和著名研宄机构受欢迎的教材和参考书，台湾成功大学航空太空学院也用该书授课.该书还 获1995年国家教委优秀教材一等奖，1998年获得教育部科技进步奖二等奖.童秉纲还和尹协远、朱克勤合作撰写了《涡运动理论》的简明教程，旨在构筑从流体力学基本理论通向涡运动研究前 沿的一座桥梁，出版至今己20年，在读者中仍享有盛誉.童秉纲先生45岁才从事科研工作，然成绩卓著.他曾总结过自身的经历，概括为“逆境很长、服务很多、很晚创业、小有成就做人“讲诚信、讲和谐”，做事“精心筹划，真诚合作；锲而不舍, 讲求成效”，做学问信奉“取法乎上，得乎其中；取法乎中，得乎其下”，坚持高标准要求.先生以教 书育人为己任，言传身教，把不畏曲折、真诚坦荡、治学严谨的工作作风贯穿于教育始终，堪为师 者典范和学者楷模.在此，谨代表恩师的弟子们撰写此文，深切緬怀童秉纲先生！152力 学进展2021年第51卷报告人：鬣秉纲院士报告时间：2011年5月10报告地点：中国科学技术w S M图3___________________________________________________________________________________童秉纲先生在“纪念钱学森先生百年诞辰”报告会上作演讲（2011年，中国科学技术大学）致谢感谢李家春、庄礼贤、尹协远、马晖扬、尹协振、倪明玖、鲍麟和王智慧等提供相关资料 及对本文提出的修改意见.本文部分素材取自《海潮逐浪，镜水周回 童秉纲口述人生》.参考文献艾邦成.2006.高超声速飞行器非烧蚀热防护热环境特征研宄.[博士论文].北京：北京空气动力技术研究院（A iBC. 2006. Stud y on th erm al environm ent characteristics of non-ablative th erm al protection for hypersonic vehicle. [PhDThesis]. Beijing: B eijing In stitu te of A erodynam ics).曹树声.1991.计算气动热力学的有限元方法.[博士论文].北京：中国科学院研究生院（C a o S S.1991. Finite elem ent m ethod for co m p u tatio n al aerotherm odynam ics. [PhD Thesis]. Beijing: G ra d u ate School of C hinese Academ y of Sciences).段占元，1998.有限差分有限元杂交算法及其应用.t博士论文].北京：中国科学院研究生院（D uan Z Y. 1998.Finite difference-finite elem ent hybrid algorithm and its application. [PhD Thesis]. Beijing: G ra d u ate School of ChineseA cadem y of Sciences).国家自然科学基金委员会.1999.基金重大项目“复杂气体流动中旋涡、分离的流动机理与控制”四年成果的简要 总结.力学进展，29(2): 271-275 (N SFC. 1999. S um m ary of th e four y ears’achievem ents of th e m ajor project “Flow m echanism and control of vortex and sep aratio n in com plex flows”.v4di;ance5 in M ec/ianics. 29(2): 271-275).柯辛.1993.我国高超声速飞行器复杂流动研究进入新阶段.科技导报，8: 32-32 (K e X.1993. R esearch on com plex flow of hypersonic vehicle in C h in a has entered a new stage. Science& Technology Review,8: 32-32).陆夕云.1992.非定常流动的数值模拟研究.[博士论文1.合肥：中国科学技术大学（L u X Y.1992. Studies on the num erical sim ulation of u n stead y flows. [PhD Thesis]. Hefei: U niversity of Science and Technology of C hina).孙德军.1995.钝体尾迹的稳定性分析及控制.[博士论文1.合肥：中国科学技术大学（Sun D J. 1995. S tability analysis and control of wakes behind bluff bodies. [PhD Thesis]. Hefei: U niversity of Science an d Technology of C hina).童秉纲，余永亮.2018.流体力学研究要创造应用理论.空气动力学学报，36(1): l-3 (Tong B G, Yu Y L. 2〇lS.C o n stru cting applied theories is th e aim of fluid dynam ics research. A cta A erodynam ica Sinica,36(1): 1-3).汪前喜.1989.运动物体极端曲地面效应的非线性理论.丨博士论文].合肥：中国科学技术大学（W ang Q X. 1989. T he nonlinear theo ry of extrem e curved-ground effects on wings and boies of revolution. [PhD Thesis]. Hefei: U niversity of Science an d Technology of C hina).。
大推力圆筒型永磁直线同步电动机的制造
现代驱动与控制大推力圆筒型永磁直线同步电动机的制造张见宝山东威马泵业股份有限公司(271100)Manufacture of Large-thrust Cylinder-type PM Linear Synchronous MotorsZHANG JianbaoShandong Weima Pumps Manufacturing Co.,Ltd.摘要：对17节大推力圆筒型永磁直线同步电动机的制造进行工艺分析。
使用芯轴定位装配法，保证多节定子装配气隙周向尺寸公差要求；使用二次校磨结合工艺，保证动子直线度要求；使用永磁体包覆焊接、线圈绕包烘制和压力试验，保证了电机密封性的要求。
通过样机试验，验证了该17节大推力圆筒型永磁直线同步电动机满足技术要求。
关键词：大推力圆筒型永磁直线同步电动机芯轴定位装配法样机试验中图分类号:TM359文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.l006-2807.2019.01.007 Abstract:Analysis on manufacturing technology of the large-thrust cylinder-type PM linear synchronous motor composed of17sections was performed.The mandrel positioning&assembly method was employed to ensure circumferential dimensional tolerance requirements of air gap in multi-pitch stator assembly,technological combination of secondary straightening and grinding was applied to ensure the linearity of the rotor,throughout PM cladding welding and coil wrapping sintering as well as relative pressure test were utilized to ensure the motor fit with the sealing requirement.Test results of the prototype verified this large-thrust cylinder-type PM linear synchronous motor composed of17sections meet with the technical requirements.Keywords:large-thrust cylinder-type PM linear synchronous motor mandrel positioning&assembly method prototype test圆筒型永磁直线同步电动机(Tubular Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,简称TPMLSM)最早于1917年用于导弹发射装置而出现，受当时技术限制，最终停留在模型阶段。
新型动圈式永磁直线电机样机设计及试验
研究与设计 Ｅ ｃ ＭＡ
迫札 与粒 制 应闭 ２１， １ ００ ７（ ） ３
新 型 动 圈 式 永 磁 直 线 电机 样 机 设 计 及 试 验 术
徐 照平 ， 常思勤
（ 南京理 工大 学 机械 工程 学院 ， 江苏 南京
摘
２０９ ） １０ ４
要： 针对 内燃－ 直线发 电集成 动力 系统对 高发电效率 、 推力波 动、 运动质量 直线 电机 的应 用需 低 低
ｋ ｍ３ Ｗａ ｌｍｅ ｔ ｄ ｕ ｔ ｅｍｏｅ． ｈ ｆ ｃｅ ｃ ｆ ５ ２ ｗ ｓｏ ｔ ｉｅ ｎ ｅ ｅ ｔｓ ｏ ｄｔ ｎ ｏ ５ Ｈｚｓｎ — Ｎ／ ｓ ｉ ｅ ｎ ｅ ．Ｆ ｒｈ ｒ ｒ ｔ ｅ ｅ ｉｉｎ ｙ ｏ ． ％ ｍｐ ９ ａ ｂ ａｎ ｄ ｕ ｄ ｒ ｈ ｔｃ ｎ ｉ ｏ ｆ ｉｕ ｔ ｅ ｉ ２
Ｘ Ｕ ａ － ｎ ， ＣＨＡＮＧ ｉｑ ｎ Ｚｈ ｏｐｉｇ Ｓ—ｉ
（ ｃ ｏｌ ｆ ｃａ ｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇ ａｊ ｇＵ ｉ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅａ ｄＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｎ ｍｉｇ ０ ４， ｈｎ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｈ ｎｃ ｇ ｅｉ ，Ｎ ｎｉ ｎｖ ｓｙｏ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ， ａ ｎ １ ９ Ｃ ｉａ Ｍｅ ａＥ ｎ ｎ ｎ ｅ ｔ ｅ ｇ ２０
达 到 了预 期 的设 计 要 求 。 关键 词 ：自由 活塞 发 动 机 ；永磁 直 线 电机 ； 电效 率 发
毕业设计论文设计—永磁同步电机矢量控制系统信号检测
PINGDINGSHAN UNIVERSITY毕业设计永磁同步电机题目: 矢量控制系统信号检测院(系):电气信息工程学院专业年级:电气工程与其自动化专业2008级姓名:游松超学号: 081220160指导教师:宋晓燕副教授年月日原创性声明本人X重声明：本人所呈交的毕业设计，是在指导教师的指导下独立进展研究所取得的成果。
毕业设计中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。
对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律责任由本人承当。
论文作者签名：日期：关于毕业设计使用授权的声明本人在指导教师指导下所完成的论文与相关的资料〔包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等〕，知识产权归属某某学院。
本人完全了解某某学院有关保存、使用毕业设计的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权某某学院可以将本毕业论文的全部或局部内容编入有关数据库进展检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。
如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署位为某某学院。
本人离校后使用毕业设计或与该设计直接相关的学术论文或成果时，第一署位仍然为某某学院。
论文作者签名：日期：指导教师签名：日期：永磁同步电机矢量控制系统信号检测摘要针对永磁同步电机矢量控制系统信号的检测，分析了无位置传感器检测法和位置传感器检测法的优缺点，提出在采用位置传感器的前提下，分别对定子电流、定子电压、转子位子与转速进展检测，以此来提高信号检测的准确性、降低控制系统的本钱，提高系统性能，并对永磁同步电机矢量控制系统进展仿真研究。
关键词:永磁同步电机，矢量控制，位置传感器，转子位置10kW dc motor of the direct torque control systemdesignAbstractA new brushless DC motor DTC scheme was studied to solve those problems associated with direct torque control (DTC) of brushless DC motor, such as difficulty to control flux and plexity to estimate torque. The flux hysteresis controller was ignored in the constant torque region and an imp roved method was proposed to make the estimation of torque easier. The proper stator voltage space vector was selected based on the output of the torque hysteresis controller and the sector which the current rotor flux locates in. The structure of the control system was simplified and the cost was reduced. Simulation and experimental results are presented, and it is shown that the feasibility and the validity of the scheme.Key Words:Brushless DC motor,DTC, Voltage space vector, Torque, Hysteresis control目录1绪论11.1课题背景112 永磁同步电机数学模型2坐标系的设立2坐标变换与变换矩阵32.3电机的数学模型43矢量控制系统的工作原理、信号检测5 矢量控制系统的工作原理5定子电流的检测6电压的检测73.4转子位置检测83.5转速检测104永磁同步电机矢量控制系统与仿真114.1永磁同步电机矢量控制系统114.2仿真125结论17参考文献18致谢191绪论矢量控制是在上世纪70年代初由西德Blaschke等人提出的一种高性能控制策略，应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的。
永磁同步直线电机检测系统研究
检测认证永磁同步直线电机检测系统研究■ 滕鹏飞 李希明（浙江方圆检测集团股份有限公司）摘 要：本文在综述直线电机的原理、分类和目前国内相关标准现状后，提出了针对永磁同步直线电机的检测系统。
在分析此类电机的特点后，给出了系统的参数和指标。
利用光栅尺、力传感器、热电偶、工控机和上位机软件构建了检测系统。
本文详细描述了系统的搭建方案、硬件设备、软件功能。
本系统可以实现电压、电流、功率、推力、定位精度、温升等参数的测量，同时可以实现信号的采集、数据处理、数据判断，最终检测完成后打印出具检测报告。
系统的研究为检测机构对永磁同步直线电机的检测和相关标准的制定提供了有力支撑。
关键词：永磁同步直线电机，检测系统，光栅尺，热电偶DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.21.038Research on Test System of Permanent Magnet Synchronous LinearMotorsTENG Peng-fei LI Xi-ming（Zhejiang Fangyuan Test Group Co., Ltd.）Abstract:After summarizing the principle, classification and current situation of domestic standards on linear motors, the paper puts forward a test system for permanent magnet synchronous linear motors. By analyzing the characteristics of this kind of motor, the paper gives the parameters and indexes of the system, and constructs the test system grating ruler, force sensor, thermocouple, industrial personal computer and upper computer software. This paper describes the system construction scheme, hardware equipment and software functions in detail. This system can realize the measurement of voltage, current, power, thrust, positioning accuracy, temperature rise and other parameters, and can realize signal acquisition, data processing, data judgment, and print test reports at last. The research on the system provides a strong support for the test of permanent magnet synchronous linear motors and the development of relevant standards. Keywords: permanent magnet synchronous linear motor, test system, grating ruler, thermocouple0 引 言直线电机可以理解为一台按照径向剖开，展开成平面的旋转电机。
数控回转刀架直驱力矩电机驱动系统设计
数控回转刀架直驱力矩电机驱动系统设计杜迪;童亮;姚尚明;刘尚【摘要】对机床数控回转刀架用直驱力矩电机驱动系统的软硬件设计进行了研究.直驱永磁同步电机(PMSM)采用矢量控制策略,在MATLAB/Simulink环境下建立基于id=0控制策略的位置、转速和电流三闭环永磁同步电机调速系统的仿真模型,并进行仿真实验分析.以刀塔用0.75KW的三相永磁同步直驱力矩电机为研究对象,设计了基于位置传感器矢量控制算法的直驱力矩电机驱动器,通过硬件测试和软硬件整合完成直驱力矩电机驱动器样机的设计.测试结果证明该直驱力矩电机驱动系统软硬件设计合理,并且具有良好的动态性能,能够满足系统的设计要求.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2015(037)024【总页数】5页(P116-120)【关键词】直驱力矩电机;矢量控制;驱动器;性能测试【作者】杜迪;童亮;姚尚明;刘尚【作者单位】北京信息科技大学机电工程学院,北京 100081;北京信息科技大学机电工程学院,北京 100081;北京信息科技大学机电工程学院,北京 100081;北京信息科技大学机电工程学院,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TM359.60 引言在传统的驱动系统中，电机和负载之间连接着减速器或齿轮箱等传动机构进行伺服控制，此种方式增加了系统的损耗，影响控制精度，而且增加了安装维护成本[1]。
作为直驱技术的一个应用，直驱力矩电机能够克服上述缺点，具有控制精度高、运行效率高、机械结构简单、免维护、可靠性高、过载能力强、使用寿命长等优势。
在直驱式力矩伺服系统中，永磁同步力矩电机正逐步取代直流力矩电机和异步力矩电机，表现出优越的控制性能和更加广阔的应用前景。
1 直驱力矩电机数学模型及矢量控制1.1 机床用数控回转刀架直驱力矩电机伺服电机驱动系统的控制目标取决于控制对象的功能设计。
该电机位于机床数控回转刀架后端，电机转子与主轴连接，直接带动刀盘转位。
永磁同步电机转矩脉动占空比最优控制方法
永磁同步电机转矩脉动占空比最优控制方法齐美星;童敏明【摘要】传统直接转矩控制(DTC)在每个控制周期内仅作用单一的电压矢量,存在转矩脉动大和开关频率不固定等缺点.针对上述问题,提出了一种基于占空比优化的永磁同步电机(PMSM)转矩脉动抑制方法.建立了PMSM调速系统的基本数学模型,推导了非零电压矢量和零电压矢量对应的转矩变化率,并指出数字系统的离散化特性和单一的转矩变化趋势是造成转矩脉动过大现象的本质原因.采取占空比优化的方式在一个控制周期内输出一个主矢量和一个零矢量,以单个控制周期内转矩脉动均方值最小为原则,推导并计算出主矢量对应的最优占空比.样机实验结果表明,该方法在保留传统DTC高动态响应的基础上,可以减小电磁转矩脉动、固定开关动作频率,有效地提升了PMSM调速系统的稳态性能.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2015(045)001【总页数】5页(P14-18)【关键词】永磁同步电机;占空比优化;脉动抑制;转矩变化率【作者】齐美星;童敏明【作者单位】苏州市职业大学电子信息工程学院,江苏苏州215104;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221006【正文语种】中文【中图分类】TD631矢量控制［1］（field oriented control，FOC）和直接转矩控制［2］（DTC）是目前广泛使用的两种高性能交流电机控制方案。
与FOC相比，DTC具有动态响应快、系统结构简单和参数鲁棒性强等优点［3-4］。
然而，传统的DTC采取两个滞环比较器以及一个启发式的查找表来获取最优电压矢量，上述方式在数字系统实现时将产生明显的转矩脉动、系统噪声以及变化的开关频率。
为改善传统DTC存在的转矩脉动问题，大量学者进行了深入研究，并提出了很多改进控制方案。
文献［5-7］提出了一种基于空间矢量调制（space vector modulation，SVM）的DTC方法，该方法通过输出连续的电压空间矢量，可以有效地改善电磁转矩脉动问题，同时保持一个固定的开关动作频率。
U型永磁同步电动机结构参数的分析与研究
通增加，直轴同步电抗减小，并增加交、直轴同步
电抗相差增大，提高了永磁同步电机的过载能力，失
步转矩增大，并且功率因数和效率都有所提高，但
电机的制造成本也随之增加。
2.5 铁芯长度
E 0的大小不但与定子绕组匝数有关，而且铁芯 长度变化E 0也会随之发生变化。因此可以通过选择 适合的铁芯长度来确定合适的E 0，使电机具有较好 的运行性能。表5为在不同铁芯长度下电机性能的
34 3.49×10-3 33.67
40 4.66×10-3 27.20
Xq /Xd
1.49 1.75 2.22
效率 功率因 失步转矩 η/% 数cosφ 倍数T po
86.10 0.74 1.45 88.00 0.82 1.82 90.50 0.99 2.75
从表4中数据可以看出增加永磁体宽度气隙磁
动势波形。
Az /(W b·m-1)
0.015 0.010 0.005
0 -0.005 -0.010 -0.0150 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
d/m
图2 空载定子内圆节点磁位分布
250
空载反电动势/V
150
舜 50
-50
-150
万-2500
60 120 180 240 300 360 定转子相对位置/(。)
明定子斜槽能削弱谐波，减小齿槽影响。
2.2 气隙大小的分析
在同一电机模型其它尺寸不变情况下，改变
气隙长度，基于场路结合法计算永磁同步电机性 能 。 [4-5] 实验数据如表1所示，其中失步转矩倍数
T po进行了归一化处理。从表1中可知气隙长度越大 空载漏磁系数就越大，即漏磁越多，失步转矩增
大。因而，在保证空载漏磁系数不太大的情况下，可
永磁同步直线电机推力特性有限元仿真分析
永磁同步直线电机推力特性有限元仿真分析
李南坤;卞刚
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2022(60)4
【摘要】为提高永磁同步电机的驱动性能,对永磁同步直线电机的推力波动特性进行分析,提出减小推力波动的有效措施。
采用有限元分析软件Ansoft Maxwell建立开放式槽、半封闭槽、全封闭槽的PMSLM二维仿真模型,对不同齿形的PMSLM的磁力线分布、平均推力、齿槽力、推力波动进行了分析比较。
结果表明,相对于开放式槽和全封闭槽,采用半封闭槽的初级侧可使PMSLM的平均推力提高并降低推力波动,改善其输出特性。
【总页数】3页(P142-144)
【作者】李南坤;卞刚
【作者单位】上海理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
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上系统由两个 U 型直线电机 （ 相当于四个平板直线 电机） 组成， 这样的设计形式既具有 U 型直线电机 的优点， 同时在减小纵向尺寸的同时， 提高了直线电 机的静动态性能指标， 如推力、 速度、 加速度等， 以满 足系统的设计需求。 其中电机的动子部分 （ 初级 ） 为电枢绕组， 定子部分（ 次级） 为永磁体磁钢部分。 1. 1 法 直线电机尺寸的确定 对于平板式直线电机， 参考旋转电机的设计方 ， 电机的主要尺寸计算式为 LL ef v 1 = P' α i K f K dpl B δ A
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直线电机设计
常见的永磁同步直线电机有平板式、 圆筒式和 U 型等几种形式。 平板式是最常见的一种形式， 但 其存在的问题是永磁体对绕组铁芯的吸引力 ， 造成 运行过程中摩擦阻力的增加， 增加了控制的难度， 影 响系统控制精度。 因此， 电机设计采用 U 型结构， 如图 1。该方案使永磁体和绕组铁芯的吸力互相抵 消， 可以克服平板型的缺点
机构及其它中间传动环节， 其适用范围和加工性能 就受到限制， 通常适用于中小载荷、 中低速度 （ 10 ～ 40 m / min） 和中小加速度（ 0. 5 ～ 1. 0 g ） 的场合， 与现 ［1 ］ 代高速加工要求还存在一定的差距 。 直线电机进给驱动系统是将直线电机应用于数 控机床， 组成无机械减速环节、 无机械误差的零传动 高速高精度直接驱动进给系统。通过电机和机床的 形成机电深度耦合的运动控制系统。 这 结构集成， 项技术明显比传统电机具有更高的位置精度 、 更快 的速度以及更好的动态性能， 最大进给速度可达 90 ～ 180 m / mim， 加速度达 2 ～ 10 g， 而且定位和跟踪精 度高。同时， 直线电机进给系统减少了大量机械传
童亮， 王大江
（ 北京信息科技大学 机电学院， 北京 100081）
摘要： 设计了一种应用于龙门五轴 加 工 中 心 的 大 推 力 U 型 永磁 同 步 直线 电 机， 并对其性 能 进行了 测试。结合电机使用环境和性能参数要求， 对直线电机的基本尺寸、 绕组形式和磁钢布置等进行了 理论分析和计算; 建立了该电机的有限元模型， 采用有限元分析的方式对电机的静动态性能进行仿 真分析， 确定电机设计的最终方案并完成制造工作; 应用直驱部件测试评价平台对电机的性能进行 全面测试。实验测试结果满足系统的设计要求， 证明了设计方法和设计过程的有效性。 ： U ; ; 关键词 型直线电机 永磁同步直线电机设计 有限元分析; 直线电机测试实验 中图分类号： TM359. 4 文献标识码： A 8728（ 2015） 05075805 文章编号： 1003-
图3 电机齿槽及绕组形式
式中： μ r 为永磁材料相对回复磁导率， 根据电机选 取的磁钢永磁材料， 取值为 1. 044 7； δ 为气隙长度 （ 设计中取值为 0. 8 mm） ； α p 为极弧系数。 根据电机的额定频率和额定速度， 电机的极距 τ = v / （ 2f） = 20 mm。 极弧系数对电机的齿槽转矩 有很大影响， α p = b m / τ，可以初步确定电机的极弧 系数为 0. 9。电机的计算极弧系数为 αi = αp + 4 = 0. 904 7 （ 10） τ / δ + 6 / （ U 型永磁同步直线电机的基本结构
式中 τ 为电机极距。 如果给定了连续推力、 运行速度、 功率因数、 效率 等电机基本性能参数和设计条件， 电机主要尺寸及基 B δ 的选择。 本结构的设计主要取决于电磁负荷 A、 B δ 的值决定了利用系数， 直接影响 电磁负荷 A、 B δ 的值 电机的有效材料的耗用量， 更为重要的是 A、 与电机的运行参数、 性能和可靠性等有密切的关系。 A、 B δ 及 A 与 B δ 的比值的选择应综合考虑电机技术和 B δ 的值可以降低电机的尺寸， 如提高 A、 节 经济指标， 约有效材料， 但冷却和绝热条件就相应提高。
磁钢尺寸和布置形式、 绕组型式 分析结构尺寸、 并结合电机应用中的几何尺寸及静动态性能要求 ， 最终获得的设计电机的基本参数如下： 相数为 3， 槽 数为 36， 齿间距为 11. 38 mm， 槽宽为 8. 18 mm， 槽深 为 21 mm， 铁芯高度为 32 mm， 铁芯长度为 125 mm， 每相串联匝数为 161 × 18， 极距为 20 mm， 永磁体高 为 5. 5 mm，永 磁 体 宽 为 18 mm，永 磁 体 长 为 109 mm， 气隙长度为 0. 8 mm。 1. 4 直线电机有限元分析 为验证 和 分 析 所 设 计 电 机 的 基 本 性 能， 采用 ANSOFT 软件对电机进行了空载运行的静态有限元 分析。为简化系统建模， 只对所设计的电机进行单 个 U 型电机进行分析。
Design and Performance Test for a Large Thrust Double Utyped Permanentmagnet Linear Motor
Tong Liang ，Wang Dajiang
（ School of Electromechanical Engineering，Beijing Information Science ＆ Technology University，Beijing 100081，China）
0830 收稿日期： 2013基金项目： 国家自然科学 基金 项 目 （ 51275053 ） 与 北 京 实 验 室项目 （ PXM2013_014224_000005） 资助 作者简介： 童亮（ 1966－ ） ， 副教授， 博士， 硕士生导师， 研究方向为先 tongliang@ tsinghua．org．cn 进制造技术、 现代控制技术等，
图2 直线电机结构设计
1. 2
磁钢尺寸的确定
电机初步确定的设计方案如图 2。 该电机实际
磁钢尺寸的确定是直线电机结构设计中的一个 主要因素， 设计内容包括永磁体的长度 l m 、 磁化方向 长度即磁钢厚度 h m 和宽度 b m 。永磁体的长度 l m 取
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机械科学与技术
第 34 卷
决于初级绕组铁芯的宽度， 其尺寸基本等于或略小 于电机初级铁芯宽度， 因此在实际设计中主要考虑 h m 和 b m 。 磁钢厚度增加在电机性能上的反应为功 率因数有增加的趋势， 但会造成电机的动态性能下 降； 同样增加磁钢宽度使磁通量增加， 功率因数提 ［78 ］ 。 高， 稳态电流下降， 但动态性能也会随之变差 h m 和 b m 的计算式为［5］： h m = μ r δ / （ B r / B δ － 1） bm = αp τ （ 8） （ 9）
Abstract： A large thrust double Utyped permanentmagnet linear motor used in Bridge Type Gantry Fiveaxis Machining Center is studied and designed ， and its performance was tested． Firstly ， the linear motor' s basic dimensions，form of windings and magnet arrangement based on the application environment and the requirement of motor performance parameters are analyzed and calculated． Secondly ， the finite element model for motor is established on the basis of the analysis results，and the static and dynamic characteristics of the motor is studied and analyzed through the finite element method． The final design scheme for motor is determined and manufactured． Finally，the performance of motor is fully tested applying the evaluation platform for directdrive motor component． Experimental results meet the design requirements and show the effectiveness of design method and process． Key words： calculations； controllers； design of experiments； design of permanentmagnet linear motor ； efficiency； experiments； feedback； finite element method； linear motor experiment； mathematical models； motors； permanent magnets； Utyped linear motor； velocity 高速加工是现代先进制造技术的主要特征和发 展方向之一， 具有高速切削时产生的热量少、 切削力 小、 零件变形小的优点。在提高生产效率的同时， 也 可以显著改善零件的加工精度和表面质量 。常用的 高速进给系统包括高速滚珠丝杠副传动系统和直线 电机进给驱动系统。高速滚珠丝杠副由于存在减速
第5期
童亮等： 大推力双 U 型永磁同步直线电机设计及性能测试
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动元件， 结构紧凑、 节省空间， 在数控机床高速直线 往复单元、 精密进给、 超精加工以及需要空间性能要 求高的高端功能部件等都开展了大量的研究和应 ［23 ］ 。 用， 取得了传统机构无法达到的效果 龙门五轴加工中心电机性能指标参数如下： 额 定推力为 9 600 N， 最大推力为 12 000 N， 额定功率 为 9 600 W， 额定电流为 21 A， 额定加速度为 1. 5 g， 反电动势常数为 360 V · s / m， 力常数为 270 N / A， 电气时间常数为 12 ms， 初级宽度 ≯365. 5 mm， 初级 长度≯1 450 mm。 根据几何尺寸及相关性能参数的要求， 结合不 ， 同类型永磁同步直线电机的特点 电机主体采用双 U 型结构， 次级电枢绕组采用不等宽齿顶间隔绕组 、 定子永磁磁钢斜极及极槽数相近的 12 槽 10 极的布 置形式。经过理论设计计算、 有限元分析及实验验 证， 设计的电机基本满足设计要求。