[直线电机永磁片]直线电机永磁片初级和次级的区别介绍！

永磁同步直线电机由于其行程长、推力大、响应快等优点，在机械装备中越来越受到重视。过去国内永磁同步直线电机的研究主要集中在电机设计，抑制电机端部效应，电机伺服控制方法等，已经取得一定的成果，甚至已经小批量生产[1]。但是对直线电机的初级与次级的相对初始位置检测研究很少。对于伺服控制系统，初始位置的检测是直线电机正常工作的关键之一。由于直线电机一般采用id＝0的控制策略[2]，即控制初级电枢电流的综合矢量在dq 坐标系中的d 轴分量为0。如果直线电机第一次上电不知道初级的准确位置，就无法实现id＝0的控制策略，系统将无法正确完成直线电机控制的一系列算法，导致直线电机运动混乱，甚至无法启动[3]。

在直线电机控制伺服系统中，初级与次级的相对初始位置可用d轴电角度表示。本文从坐标系上研究d轴电角度，再使用绝对式光栅尺测量直线电机的绝对位置，FPGA处理绝对位置信号，在此基础之上提出了一种有效的直线电机初始位置检测方法。

 

把A轴逆时针到矢量的夹角称为该矢量的电角度θ。把相邻两个永磁体的距离称为磁距τ如图2所示，可以得出一个重要的关系：360°电角度对应的距离为2τ，则初级与次级相对移动的距离L和电角度变化θ有下面的关系: 

 

 

 

本试验装置采用的海德汉LC182绝对式光栅尺读取绝对位置值，该光栅尺提供的绝对位置由EnDat接口协议传输，使用标准的RS485电平通过串口方式通信。EnDat接口协议包括差分式的时钟信号CLK和数据信号DATA。如图3所示。FPGA通过控制时钟线和数据线发送指令以及接受位置值。FPGA与光栅尺的接口采用RS485收发器，以满足两者的电平匹配。同步时钟传输和收发数据传输分别由两块收发器实现。同步时钟总是从FPGA发送给光栅尺。数据信号线是双向传输，可控制半双工收发器设置传输方向，当FPGA发送读取位置值指令时，把收发器设置为发送状态，指令代码通过收发器差分输出至光栅尺，当要接收光栅尺信号时，设置收发器为接收状态，信号将从收发器送到FPGA。

 

 

 检测初始位置的软件设计核心部分在于FPGA设计。使用Quartus II 5.1开发环境，顶层图包括EnDat和baud两个实体。如图4所示。baud实体的主要功能是产生一个合适的时钟提供给EnDat实体，控制EnDat的数据传输速率。EnDat实体实现EnDat协议中读取绝对位置值的功能以及计算当前d轴的电角度。输入端口包括光栅尺信号返回encoder_rc_data和baud实体产生的时钟clk。输出端口包括控制RS485收发器的数据传输方向端口encoder_de, 光栅尺信号的同步时钟传送端口encoder_clk和发送指令端口encoder_cmd。输出端口UVW用来示意电角度的范围值。

 

EnDat实体可用状态机来描述它的过程，如图5所示。其过程是：发送读取位置值指令的状态－等待光栅尺计算位置状态－接收光栅尺返回的位置值－CRC校验。校验正确，则计算当前电角度并返回等待状态；否则转到空闲状态，再返回发送读取位置值指令的状态。

 

 

 本文研究永磁同步直线电机的初级与次级的相对初始位置关系，通过采用绝对式光栅尺测量d轴电角度，从而提出一种直线电机的初级与次级的相对初始位置检测新方法；在此基础上设计实验装置硬件系统，并编制专用程序进行实验验证。实验证明，该方法精度高，可靠性强，通用性好，可以实现直线电机在任意位置启动，是直线电机伺服系统检测永磁同步直线电机初始位置的一种行之有效的方法。

论文的创新点：

本文提出了一种新的检测直线电机初级与次级的相对初始位置的方案。研究了直线电机的电角度与空间位置的对应关系，寻找直线电机的电气零点，利用绝对光栅尺+FPGA测量d轴位置，再由位置与电角度的关系检测出初始位置，最后在实际应用中证明该方法的可行性和实用性。