Стратегія керування трифазним вібраційним лінійним двигуном на основі оцінки зворотної електрорушійної сили

Abstract

Сучасна промисловість вимагає високоточного керування вібраційними електромеханічними системами, які широко використовуються в багатьох галузях. Змінні режими навантаження потребують від приводу хороших регулювальних властивостей зі збереженням необхідних енергетичних параметрів технологічного процесу. У представленій роботі обґрунтовано стратегію керування трифазним вібраційним лінійним двигуном на основі оцінки зворотної електрорушійної сили, що забезпечує покращення його регулювальних властивостей завдяки збільшенню амплітуди механічних коливань. Проведено дослідження роботи системи керування двигуном за допомогою мультифізичної моделі, що суміщає розрахунок електричного та магнітного кіл, а також визначення закону руху бігуна залежно від прикладених до ного сил. Еквівалентна механічна схема представлена зосередженою масою, що здійснює коливання відносно положення механічної рівноваги під дією електромагнітної сили двигуна. Відновлювальні та дисипативні сили представлені через відповідні коефіцієнти жорсткості пружної підвіски та в’язкого тертя. Силова характеристика навантаження подана сумою пружної складової, пропорційної до переміщення бігуна, та сили в’язкого тертя, пропорційної його швидкості. Розв’язання даної задачі здійснювалося методом скінченних елементів в осесиметричній постановці, із застосуванням рухомого типу розрахункової сітки, на підставі рівнянь квазістаціонарного магнітного поля в часовій області. Проведено моделювання роботи системи керування у двох режимах – із прямокутною і синусоїдною модуляцією, та розраховано електромеханічні процеси двигуна в усталеному режимі роботи. Modern industry requires high-precision control of vibrating electromechanical systems, which are widely used in many industries. Variable load modes require the drive to have good control properties while maintaining the necessary energy parameters of the technological process. The presented work substantiates the strategy for controlling a three-phase vibrating linear motor based on back electromotive force estimation, which ensures the improve-ment of its control properties due to an increase in the amplitude of mechanical vibrations. The operation of the motor control system is studied using a multi-physics model that combines the calculation of electric and magnetic circuits, as well as the determination of the law of mover motion depending on the forces applied to it. The mechanical scheme is represented by a lumped mass that oscillates relative to the position of mechanical equilibrium under the action of the motor electromagnetic force. Conservative and dissipative forces are represented by the corresponding stiffness and viscous friction coefficients. The load force characteristic is given by the sum of the elastic component, proportional to the mover displacement, and the viscous friction force, proportional to its velocity. The solution of this problem was carried out by the finite element method in the axisymmetric formulation, using a moving type of computational mesh, based on the equations of a quasi-stationary magnetic field in the time domain. The control system operation was simulated in two operating modes - with rectangular and sinusoidal modulation, and the electromechanical processes of the motor in a steady-state mode were calculated.