1 直線電機原理

　　直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開，并展成平面而成，如圖1所示。

圖 1 直線電機原理圖及轉變過程

　　直線電機的轉變過程是由定子演變而來的一側稱為初級，由轉子演變而來的一側稱為次級。在實際應用時，將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需行程范圍內初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級，考慮到制造成本、運行費用等因素，目前一般均采用的是短初級長次級。

　　直線電動機的工作原理與旋轉電動機相似。以直線感應電動機為例，當初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應出電動勢并產生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產生了電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運動; 反之，則初級做直線運動。

　　2 含高頻注入的直線電機驅動控制系統

　　一套直線電機應用系統不僅要有性能良好的直線電機，還必須具有能在安全可靠的條件下實現技術與經濟要求的驅動器。為此結合客戶不同應用場合需求，我司開發出了不同形式的直線電機啟動方式(1.強吸;2.根據霍爾信號;3.高頻注入偵測)。本文主要就高頻注入方式做討論(實現了在不外加霍爾器件下，初始移動量又最小的啟動)。

　　(1)高頻注入原理及推導

　　高頻注入法利用電機的凸極性，通過向電機注入特定形式的高頻信號(注入方波電壓信號，注入頻率大概在幾KHz)，再提取高頻響應電流(這些高頻響應電流就包含轉子位置信息)，將這些高頻響應電流送入位置觀測器， 進而得到電機轉子的位置，這類方法在原理分析時就忽略了很多低頻分量，故適用于零速情況(如圖2所示)。

　　圖 2 高頻注入控制框圖　　

       當高頻電壓注入時，電機的感抗相對于其它電阻的壓降以及磁鏈壓降大很多，則方程化簡為下式：

　(公式1)　

       整理成矩陣方程為：

(公式2)　

　　把公式2兩邊都左乘反park變換矩陣，變換到靜止坐標系下，整理公式如下：

　(公式3)　　

      變化得：　　

　(公式4)　

       對公式4求反正切，得：

　　　(2) Simulink 仿真驗證如圖3、圖4 。

圖 3 高頻與低頻信號分離實現圖

圖 4 仿真αβ軸高頻 / 低頻反饋電流圖

       使用反正切求電氣角(電機模型初始角設PI/4=0.785)， 與圖5紅圈處一致。

圖 5 仿真電氣角圖

　　(3)直線驅動系統平臺驗證(如圖6所示)。

圖 6 直線驅動器與直線電機圖

　　①首先，依直線電機參數建入伺服驅動器內，如圖7 所示。

圖 7 電機參數設置界面

　　②設定參數Cn009. 2=0，手動電氣角對位完成(也可激磁后，電氣角對位完成) Cn085= 40% 注入電壓duty 大小(如圖8所示)。

圖 8 對位 duty 設置圖

　　③設定dn-011=1，手動對位開始及完成。如圖9所示，紅線為注入電壓命令藍線為估測電氣角角度。

圖 9 上位機 PClink 追蹤圖

　3 結語

　　通過高頻注入結合我司JSDG2S驅動器，完美地解決了直線電機啟動問題，在不增加額外偵測器件的前提下， 定位初始移動量最小，噪聲最小，保證了直線電機的穩定可靠性，滿足了客戶要求。同時，我司直線電機驅動系統應用還在持續推進，未來會針對其他應用場景做探討、研究，以適配不同的應用環境。