永磁直線同步電動(dòng)機(jī)在垂直提升控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

段志其

平煤集團(tuán)七礦，河南平頂山 467000

0 引言

永磁直線同步電動(dòng)機(jī)是永磁直線同步電動(dòng)機(jī)在垂直提升控制系統(tǒng)中的重要驅(qū)動(dòng)配置。永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直提升控制系統(tǒng)是一種比較新型的無(wú)繩提升系統(tǒng)，其主要運(yùn)用于高層類(lèi)建筑和礦井類(lèi)提升系統(tǒng),它的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單、速度比較快，并且高度不受限，最重要的是能夠多罐廂在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)升與降，從而大大地提高了它的運(yùn)輸效率[1]。

1 永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直提升控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）性能好。永磁直線同步電動(dòng)機(jī)只要接通了電源就能馬上產(chǎn)生大概接近于額定值的電磁推力，整體的系統(tǒng)提升主要靠的就是初級(jí)與次級(jí)之間的一種電磁推力,沒(méi)有尾氣的排放而且也沒(méi)有直接的機(jī)械之間的接觸,因此沒(méi)有污染的存在；

2）節(jié)約能源。主要是在很大程度上節(jié)省了電能，假設(shè)它的電能消耗與系統(tǒng)提升的重量是成正比例的，并且它與傳統(tǒng)的提升方式在一個(gè)周期內(nèi)提升的有效重量是一樣的，也就是說(shuō)它們的基本耗能是相同的，但是由于傳統(tǒng)的提升方式是機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，涉及到傳動(dòng)效率方面的問(wèn)題，總而言之，垂直提升控制系統(tǒng)比較節(jié)約能源；

3）占地空間少。永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直提升控制系統(tǒng)是新型的無(wú)繩提升系統(tǒng)，其初級(jí)安裝是在井筒里面,因此在地面上除了一些控制系統(tǒng)和配電站以外不需要其他,大大地減少了占地的空間[2]。

2 永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀及其研究重點(diǎn)

永磁直線同步電動(dòng)機(jī)是一種新型的垂直提升控制系統(tǒng)中的重要部分，就現(xiàn)在的研究狀況來(lái)看，在一定的程度上已經(jīng)有了發(fā)展前途，但是人們卻沒(méi)有完全了解它的一些運(yùn)行特性，因此這些研究目前還處于一定的試驗(yàn)研究階段，而它的研究大部分重點(diǎn)集中在以下方面：

1）永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這個(gè)重點(diǎn)是要認(rèn)真地去選擇永磁的尺寸大小及其形狀， 還主要對(duì)它的氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行合理的諧波分析，通過(guò)合理的電機(jī)設(shè)計(jì)可以減小電動(dòng)機(jī)的電磁力脈動(dòng)，并且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮涉及到這些以及其他問(wèn)題來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；

2）仿真動(dòng)態(tài)過(guò)程的研究。這個(gè)過(guò)程的研究主要應(yīng)用了數(shù)學(xué)中的有限元方法來(lái)得到了永磁直線同步電動(dòng)機(jī)初級(jí)所相對(duì)應(yīng)的電磁參數(shù)和它的次級(jí)位置、以及電樞和電流二者之間的關(guān)系，從而建立起所對(duì)應(yīng)的永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，而且還考慮到它的結(jié)構(gòu)特性，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)永磁直線同步電動(dòng)機(jī)開(kāi)始過(guò)程、中間過(guò)程、以及它的最后制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了一系列的仿真研究；

3）控制方法的研究。這方面的研究重點(diǎn)運(yùn)用了模糊控制器與神經(jīng)源網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行計(jì)算，在DSP控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，直接控制永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的電磁力角, 控制永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的速度研究[3]。

3 PID控制在永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直提升控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

PID控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱(chēng)。由于PID控制原理簡(jiǎn)單，使用方便，很容易為工程技術(shù)人員所掌握，而且PID控制適應(yīng)性強(qiáng)，可以根據(jù)不同的情況需要，針對(duì)自身的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)部門(mén)[4]。

PID控制器作為一種線性控制器，它根據(jù)給給定值r（t）與實(shí)際檢測(cè)到的輸出值 c（t）構(gòu)成控制偏差 :e（t）= r（t）-c（t）。然后通過(guò)線性組合將偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）構(gòu)成控制量，從而達(dá)到對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的目的。

圖1 PPIDID控制系統(tǒng)統(tǒng)原原理理圖圖

PID控制器的輸出

傳遞函數(shù)形式

式中KP為控制器的比例系數(shù)，Ti和Td分別為積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)。

對(duì)（1）式進(jìn)行離散化處理，得到PID數(shù)字控制器的方程：

式中T為PID控制器的采樣周期；e(n)和e(n-1)分別為第n次和第n-1次采樣所得的偏差信號(hào)。

由于PID控制具備許多優(yōu)點(diǎn)，使得它如今仍然是在過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的基本控制方式。

4 結(jié)論

永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直提升控制系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景，它以后會(huì)必將取代鋼絲繩提升控制系統(tǒng),逐漸地應(yīng)用于高層的建筑和礦井的提升。盡管現(xiàn)在對(duì)于永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直提升控制系統(tǒng)方面的研究仍然在一個(gè)初級(jí)的研究前期階段，但是它的研究?jī)r(jià)值會(huì)變得越來(lái)越大，它的優(yōu)點(diǎn)是別的系統(tǒng)無(wú)法代替的，從目前來(lái)看，永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直提升控制系統(tǒng)逐漸更加完善以后，它的使用價(jià)值會(huì)是無(wú)窮大的。

[1]李志民，張遇杰.同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]汪旭東，袁世鷹，焦留成.永磁直線同步電動(dòng)機(jī)垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀[J].微電機(jī)，2000，33(5)：35-38.

[3]王偉進(jìn).直線電機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用概述[J].微電機(jī)，2004，37(l):45-47.

[4]鄒積浩.永磁直線同步電機(jī)控制策略的研究[D].浙江：浙江大學(xué)，2005.