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上篇 线性理论3

第1章 绪论3

1.1直线电机的发展3

1.2直线同步电动机的研究现状8

1.3低速直线电机的研究现状12

1.4低速永磁直线电机的发展14

1.5本书研究重点及目标17

第2章 永磁直线同步电动机概念18

2.1永磁直线同步电动机垂直运输系统的基本原理构想18

2.2稀土永磁材料及稀土永磁直线电动机的特点19

2.2.1稀土永磁材料的发展19

2.2.2钕铁硼永磁材料的性能19

2.2.3稀土永磁直线电机的特点20

2.3永磁直线同步电动机结构特点21

第3章 永磁直线同步电动机磁场特性分析23

3.1永磁直线同步电动机物理模型及磁场分析模型23

3.1.1假设条件23

3.1.2初级电流层23

3.1.3动子永磁体的等效代换24

3.1.4齿槽区等效磁导率27

3.1.5磁场分析模型27

3.2永磁直线同步电动机磁场分析28

3.2.1统一磁场方程及其解28

3.2.2各区磁场强度及电场强度表达式30

3.2.3磁密及磁位表达式35

3.2.4电枢、励磁磁场及其合成37

3.3线性分析法与有限元分析法比较39

3.3.1永磁直线同步电动机磁场有限元法简介39

3.3.2两种方法的比较40

第4章 永磁直线同步电动机电磁参数及性能计算41

4.1等效电路及电磁参数的计算式41

4.1.1励磁电势41

4.1.2电枢反应电抗Xs的物理意义及其计算42

4.1.3槽漏电抗Xn计算式43

4.1.4端部漏抗分析及计算44

4.1.5电枢绕组每相电阻48

4.2向量图及性能计算48

第5章 永磁直线同步电动机结构参数对电磁参数及性能的影响52

5.1结构参数对电磁参数的影响52

5.1.1槽高对无载平均磁密的影响52

5.1.2永磁体高对无载磁密的影响53

5.1.3永磁体高及槽高对电枢反应磁场（平均磁密）的影响54

5.1.4电枢槽高、永磁体高度及气隙对电机电枢电抗及槽漏电抗的影响55

5.1.5电枢槽高、永磁体高对端漏电抗Z分量的影响57

5.1.6电枢槽高、永磁体宽对端漏电抗X分量的影响58

5.2结构参数对性能的影响59

5.2.1永磁体高对励磁电势的影响59

5.2.2槽高及槽宽、槽距比对励磁电势的影响60

5.2.3永磁体高、槽高、槽宽槽距比及气隙对电负荷及电磁推力的影响61

第6章 永磁直线凸极同步电动机分析63

6.1磁极区等效磁导率63

6.2电枢、励磁磁势作用下各区磁密表达式64

6.2.1电枢磁势单独作用时各区磁密表达式64

6.2.2励磁磁势单独作用时各区磁密表达式64

6.3永磁直线凸极同步电动机等效电路参数65

6.3.1励磁电势Eop65

6.3.2电枢反应电抗Xsp66

6.3.3槽漏电抗xLlp66

6.3.4端部电抗67

6.4磁路饱和的影响68

第7章 垂直运动永磁直线同步电动机运行特性分析70

7.1力角特性70

7.2电源电压和频率变化对最大电磁功率和推力的影响70

7.3动力制动特性72

7.4发电制动特性73

7.5发电反馈制动特性75

7.6加速度特性76

7.7恒流供电对电动机运行特性的影响77

第8章 试验研究80

8.1试验装置介绍80

8.2试验测试系统81

8.3试验测试的原理83

8.4试验用永磁直线同步电动机85

8.4.1电机等值电路参数计算值85

8.4.2电机的性能数据88

8.4.3试验电机参数评价88

8.4.4试验电机工作在50 Hz电压源时性能分析89

8.4.5试验电机的恒流源运行特性90

8.4.6试验电机发电制动特性91

8.5试验分析92

8.5.1空载与荷载行走试验92

8.5.2等效电路参数试验验证92

8.5.3最大推力试验94

第9章 直线同步电动机驱动垂直运输系统出入端效应分析95

9.1引言95

9.2垂直提升系统机械设计的要求95

9.3出入端效应分析96

第10章 上篇结语101

10.1垂直运动永磁直线同步电动机基础理论体系要点101

10.2进一步的研究工作104

上篇参考文献105

下篇 控制策略115

第11章 基于能量的永磁直线同步电机控制115

11.1概述115

11.2端口受控哈密顿系统数学基础116

11.3端口受控耗散哈密顿系统117

11.4端口受控哈密顿（PCH）系统基本形式118

11.5永磁直线同步电动机的数学建模型119

11.5.1电机的基本方程119

11.5.2模型参数的确定120

11.6永磁直线同步电机矢量坐标变换及变换矩阵121

11.6.1永磁直线同步电机坐标系与空间矢量121

11.6.2空间矢量121

11.6.3变换矩阵确定原则121

11.6.4永磁直线同步电机矢量变换122

11.7永磁直线同步电动机的数学（d-q轴控制）模型125

11.8系统控制器设计与稳定性分析129

11.9系统仿真131

第12章 其他控制方式134

12.1永磁直线同步电动机伺服系统的非线性控制134

12.1.1引言134

12.1.2直接反馈线性化原理134

12.1.3永磁直线同步电动机的数学建模型135

12.1.4坐标变化137

12.1.5系统仿真138

12.2永磁直线同步电动机逆系统控制——模型参考逆方法控制139

12.2.1引言139

12.2.2永磁直线同步电动机的数学模型139

12.2.3模型参考逆方法基本原理140

12.2.4永磁直线同步电动机参考模型逆方法141

12.2.5仿真结果141

12.2.6小结142

下篇参考文献143

附录 永磁直线同步电机电磁场求解的有限元方法147

A.1麦克斯韦方程组147

A.2位函数的微分方程148

A.3位函数的边界条件149

A.4边值问题150

A.5有限元方程150

A.5.1变分原理150

A.5.2单元剖分153

A.5.3有限元方程组的形成172

A.6用波阵法求解有限元方程组177

A.7磁场计算结果及应用179

A.7.1画磁力线179

A.7.2求电机产生的拉力和压力180

A.7.3求气隙磁密182