CN105151927B - 磁悬浮导向直驱运输***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁悬浮导向直驱运输***，它包括至少一组双边型混合励磁直线电机，在每组双边型混合励磁直线电机上均设有用于调整双边定子和动子之间气隙的电磁驱动导向装置，所述的电磁驱动导向装置包括：偏量采集电路、绕组电流检测电路、气隙调节单元和驱动控制单元，它根据得到的偏移量和励磁电流值来控制气隙调节单元，以使气隙调节单元满足如下条件：通入该组气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同或近似相同。采用本发明所提供的方案，动态平衡调整动子的左右、前后姿态做到无接触运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种直线电机磁悬浮定位导向控制方法与装置。
背景技术
随着社会经济的发展，人们越来越多的建设高层和超高层大楼，比如，***联合酋长国的迪拜塔总高828米，共162层；沙特***王国的麦加皇家钟塔饭店高601米，共95层；上海中心大厦高632米，共125层；台北101金融中心高509米，共106层；马来西亚首都的双峰塔高457米，共88层。目前还有多个摩天大楼处在规划和建设阶段。随着楼层高度的不断增加，需要配置高速电梯，传统的钢丝绳曳引提升***已不满足需要：由于钢丝绳的存在，提升高度和提升速度均受限，一个井道只能独立运行一个轿厢，运行效率低。因此，人们又提出了以直线电机为直接驱动源的直线电机无绳电梯***，由于没有钢丝绳的束缚，提升高度和提升速度均不受限制。这类直线电机无绳电梯***主要采用直线电机作为驱动力，采用机械导轮或滑靴接触导向和定位支撑，以保持运动轿厢体和定子驱动源之间的运动间隙，但这种导向方式已不满足实际运行的需要：受到导靴摩擦力限制，轿厢运行速度难以大幅提高；在高速运行过程中，导靴磨损严重，维护量大；由于偏差和错位引起的振动和噪声影响了乘坐的舒适性等。基于此，人们又提出了非接触型电磁导轨，通过电磁力无磨损的导向，无需润滑油，和传统机械导向***相比，由于无摩擦运行，电梯可以运行在更高的速度，同时，通过电磁调节控制导向***的阻尼率，可以大幅改善乘坐舒适性。申请公布号为CN102689830A的中国发明专利“磁悬浮电梯导向***及其控制方法”等专利，公布了一种利用U型电磁铁实现非接触的磁悬浮导向装置及电梯***，采用多个对角布置的电磁导向装置来保持轿厢状态，虽然实现了非接触导向运行，但其需要布置额外的电磁铁装置和导磁轨，电磁铁数量、导磁轨用量多、占用空间大，未能充分利用直线电机动力源本身的电磁导向潜力。
发明内容
本发明提出一种直线电机磁悬浮定位导向控制方法与装置，目的是解决直线电机定位导向***的非接触导向调节。
一种磁悬浮导向直驱运输***，它包括至少一组双边型混合励磁直线电机，在每组双边型混合励磁直线电机上均设有用于调整双边定子和动子之间气隙的电磁驱动导向装置，所述的电磁驱动导向装置包括：
偏量采集电路，实时获取每组双边型混合励磁直线电机在X方向上的偏移量并送入驱动控制单元；
绕组电流检测电路，实时获取每组双边型混合励磁直线电机中的励磁电流值并送入驱动控制单元；
气隙调节单元，包括X向气隙调节单元，即为沿X轴法向方向对称并排布置的双边型混合励磁直线电机；
驱动控制单元，它根据得到的偏移量和励磁电流值来控制气隙调节单元，以使气隙调节单元满足如下条件：通入该组气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同或近似相同。
所述的X向气隙调节单元中双边型混合励磁直线电机的初级为带铁芯电枢绕组或带铁芯电枢绕组与永磁电励磁混合励磁体，次级为永磁电励磁混合励磁体或开槽铁芯，其初级和次级两者中的一个作为定子，另一个作为动子。
所述定子设置在固定U型支撑总成的相对两内侧，所述的动子为两个，两个动子为背靠背设置在动子架两外侧。
所述的气隙调节单元还包括Y向气隙调节单元，Y向气隙调节单元为永磁与电励磁的混合励磁体与导磁板配合作用，所述的混合励磁体沿运动方向间隙或无间隙设置于动子架前后侧面的左右两侧，并与固定U型支撑总成底面和两导向轨后侧面的铁磁加工面或铁磁板配合，两者保持一定气隙，通入每组气隙调节单元的两直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使其一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱。
所述的气隙调节单元还包括Y向气隙调节单元，Y向气隙调节单元为双边型混合励磁直线电机，其动子沿运动方向间隙或无间隙设置于动子架前后侧面的左右两侧，其定子与动子保持固定气隙配合布置在固定基础和固定导轨上；且Y向气隙调节单元满足如下条件：通入该组气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同或近似相同。
根据动子偏转情况在不同X、Y向气隙调节单元通入相应的调整励磁电流实现分别独立控制。
所述的气隙偏差量由设置在每组双边型混合励磁直线电机X方向和Y方向两侧的位移传感器采集得到。
一种磁悬浮导向直驱运输***的控制方法，它包括以下步骤：
①、偏量采集电路实时获取每组双边型混合励磁直线电机在X方向上的偏移量并送入驱动控制单元；
②、绕组电流检测电路实时获取每组双边型混合励磁直线电机中的励磁电流值并送入驱动控制单元；
③、驱动控制单元根据得到的偏移量和励磁电流值来控制气隙调节单元，以使气隙调节单元满足如下条件：通入该组气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同或近似相同。
所述的Y向气隙调节单元采用永磁与电励磁的混合励磁体时的控制策略及实现步骤如下：
i)基于有限元分析提前计算得到动子模块Y向位移对应的Y向电磁力与励磁电流Iy之间的“Y向位移—Iy电流”映射关系，可得到对应单位位移量所对应的励磁电流值C1,C2,C3,C4；
ii)通过Y向位移传感器获得动子导向组件的Y向位移，计算Y向气隙平面的四个顶点位置的气隙偏移量：上端左侧偏移量YUL，上端右侧偏移量YUR，下端左侧偏移量YDL和下端右侧偏移量YDR；
iii)判别各顶点的极性系数：上端左侧偏移量的极性系数为KUL，上端右侧偏移量的极性系数为KUR，下端前偏移下端左侧偏移量的极性系数为KDR，下端右侧偏移量的极性系数为KDL，规定气隙偏移量在平衡位置时系数为0，超过平衡位置前倾时取值为+1，超过平衡位置后倾时取值为-1。
iv)根据Y向位移的大小，由“Y向位移—Iy电流”映射关系得到Y向各调节单元分别通入电流如下：
v)将I1，I2，I3和I4作为电流给定值，分别通过电流控制器控制逆变器中的功率管，实现Y方向四个控制绕组的电流控制，进而实现Y向气隙控制。
所述的混合励磁直线电机作为X向气隙调节单元控制策略及实现步骤如下：
A、通过有限元分析提前得到动子导向组件X向位移对应的X向电磁力与X向控制电流Ix之间的“X向位移—Ix电流”映射关系来，以此得到单元电机X向偏移单位距离所需的励磁电流值I*；
B、通过位移传感器获得动子模块上部左右两个位移量x1和x2，下部左右两个位移量x3和x4，计算动子模块上端和下端偏移平衡位置的偏移量△Xu和△Xd；
C、计算发生偏移后的动子偏移轴线与平衡中心线的交点M，当交点M位于动子的高度L范围内时，交点M所在的动子单元的编号定为m；M点到上端的距离由动子所有单元的总长度L和上端偏移距离△Xu，下端偏移距离△Xd确定：交点所在动子单元编号由距离Mx和所在的动子单元长度L0确定：
D、各个单元所需的励磁电流综合写成矩阵形式：
式中：1)±的确定根据偏移的方向来确定，向右偏移取+，向左偏移取-；n为动子总单元数，|△x|为动子X向平移距离；
2)k1,…km,…km-1,…,kn为各单元励磁线圈所需的励磁电流系数，其沿扭转中心向上部和下部呈线性分布，作为偏转中心的第m个单元km＝0；
3)扭转中心第m个单元上部动子单元励磁电流系数计算公式：
4)扭转中心第m个单元下部动子单元励磁电流系数计算公式：
采用本发明所提供的方案，在直线电机应用***设置磁悬浮机构，当动子承受因直线电机工作气隙变化带来的不平衡法向力，以及因重心偏心布置和负载变化带来的偏心力和偏转力矩而发生偏移和偏转时，控制磁悬浮机构励磁电流的增加或减少即可产生阻碍偏移和偏转的阻力，动态平衡调整动子的左右、前后姿态做到无接触运行。
以长行程直线电机无绳电梯为例，通常情况下，电梯轿箱都会安装滚轮，这种滚轮与沿线路铺设的升降导轨相接触，起着支持电梯行驶的导向作用。而本发明悬浮导向装置则巧妙利用直线电机本身作为主体磁悬浮导向定位装置，轨道上不需要增加任何附加装置，控制简单，使用成本极低，就可使得电梯轿箱与升降导轨“零接触”，依靠电磁力升降电梯，定位轮组只起后备保护作用，大大延长了其使用寿命和降低维护成本。因此，电梯不会受到导轨加工精度和安装状态的影响，从而解决了直线电机无绳电梯的长行程工程应用关键难题，轿厢运行时将非常的安静并更加的舒适，还可达到传统电梯无法企及的极高速。非常适用于楼宇用梯、发射平台及太空电梯等载人、载物的交通运输设备，自动化平台等多领域直线电机应用***。
附图说明
图1为本发明的单元直线电机侧视图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图3为本发明只采用X向气隙调节装置的整体俯视图。
图4为本发明中采用XY向气隙调节装置的整体俯视图，且Y向气隙调节单元为永磁与电励磁的混合励磁体12与定子导磁板13配合作用。
图5为本发明中采用XY向气隙调节装置的整体俯视图，
图6是图4、图5中的A-A向视图。
图7为图5中的B-B向视图。
图8为本发明的X、Y向姿态控制硬件结构示意图。
图9为图3的X向偏移量计算图。
图10为本发明的X向姿态调节示意图。
图11为本发明的Y向姿态调节示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，磁悬浮电梯中的混合励磁直线电机单元，包括双边直线电机定子1和动子2两部分。其中双边定子包括定子铁芯6及其定子绕组7；动子2位移双边定子1的中间，双边定子1和动子2间具有两个气隙3，保证动子2和定子1之间可以无接触的自由相对运动。所述动子正对气隙的动子轭的两个面上对称安装缠有励磁线圈4的软铁凸块，各凸块靠近气隙的表面安装N、S极交替均匀排列的矩形永磁体5，而且背靠背安装的两块永磁体5的磁化方向相反，永磁磁极、软铁凸块和励磁线圈4共同构成混合励磁的磁极，同时，背靠背安装的两软铁凸块上的励磁线圈4绕向相同，串联构成一组励磁绕组，这样，共形成1，2，…，t(t为单面上的磁极个数)个励磁绕组，这t个励磁绕组之间相邻反向串联，最后形成一个单元电机励磁绕组。单元电机励磁绕组中通入正向电流使一侧永磁磁极的磁场加强时(气隙磁增强)，另一侧的永磁磁极的磁场减弱(气隙磁场减弱)，反之也成立。在应用过程中，通入单元电机励磁绕组中的电流可以根据气隙大小来确定。上述背靠背安装的两块永磁体的磁化方向也可相同，但同时，这两块永磁体后面的两个凸块上的励磁线圈绕向须相反。
基于上述原理，直线电机应用在磁悬浮电梯中，既可以用来当做动力源，也可以利用上述原理来调整气隙，由此形成本发明。
如图3所示，一种直线电机磁悬浮定位导向控制装置，它包括至少一组双边型混合励磁直线电机，在每组双边型混合励磁直线电机上均设有用于调整双边定子和动子之间气隙的电磁驱动导向装置，所述的电磁驱动导向装置包括偏量采集电路、绕组电流检测电路、气隙调节单元和驱动控制单元。
其中，偏量采集电路实时获取每组双边型混合励磁直线电机在X方向上的偏移量并送入驱动控制单元；绕组电流检测电路实时获取每组双边型混合励磁直线电机中的励磁电流值并送入驱动控制单元；本实施例中气隙调节单元包括X向气隙调节单元，即为沿X轴法向方向对称并排布置的双边型混合励磁直线电机；驱动控制单元根据得到的偏移量和励磁电流值来控制气隙调节单元，以使气隙调节单元满足如下条件：通入该组气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同或近似相同。
如图3所示，所述的X向气隙调节单元中双边型混合励磁直线电机的初级为带铁芯电枢绕组或带铁芯电枢绕组与永磁电励磁混合励磁体，次级为永磁电励磁混合励磁体或开槽铁芯，其初级和次级两者中的一个作为定子，另一个作为动子。上述定子设置在固定U型支撑总成8的相对两内侧，动子为两个，两个动子为背靠背设置在动子架9两外侧。本实施例中，气隙调节单元仅包括X向气隙调节单元，气隙偏差量由设置在每组双边型混合励磁直线电机X方向的位移传感器10,11采集得到。
如图4、图6所示，本实施例中的气隙调节单元还包括Y向气隙调节单元，Y向气隙调节单元为永磁与电励磁的混合励磁体12与定子导磁板13配合作用，所述的混合励磁体沿运动方向间隙或无间隙设置于动子架前后侧面的左右两侧，并与固定U型支撑总成底面和两导向轨后侧面的铁磁加工面或铁磁板配合，两者保持一定气隙，通入每组气隙调节单元的两直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使其一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱。本实施例中，气隙偏差量由设置在每组双边型混合励磁直线电机X方向的X方向位移传感器10,11、以及位于Y方向的Y方向位移传感器14,15采集得到，其中Y方向位移传感器14,15设置在动子架的前后任意一侧。
如图5、图6、图7所示，本实施例中的气隙调节单元还包括Y向气隙调节单元，Y向气隙调节单元为双边型混合励磁直线电机16，其动子沿运动方向间隙或无间隙设置于动子架前后侧面的左右两侧，其定子与动子保持固定气隙配合布置在固定基础和固定导轨上；且Y向气隙调节单元满足如下条件：通入该组气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同或近似相同。本实施例中，气隙偏差量由设置在每组双边型混合励磁直线电机X方向的X方向位移传感器10,11、以及位于Y方向的Y方向位移传感器14,15，17,18采集得到，其中Y方向位移传感器14,15,17,18分别设置在动子架的前后两侧。
根据动子偏转情况在不同X、Y向气隙调节单元通入相应的调整励磁电流实现分别独立控制。
如图8所示，一种直线电机磁悬浮定位导向控制方法，它包括以下步骤：
①、偏量采集电路实时获取每组双边型混合励磁直线电机在X方向上的偏移量并送入驱动控制单元；
②、绕组电流检测电路实时获取每组双边型混合励磁直线电机中的励磁电流值并送入驱动控制单元；
③、驱动控制单元根据得到的偏移量和励磁电流值来控制气隙调节单元，以使气隙调节单元满足如下条件：通入该组气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等或近似相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同或近似相同。
图8为本发明的控制***硬件结构示意图，包括：整流滤波电路、驱动电路、多路桥式逆变电路、混合励磁直线电机***、多组X向和Y向位移传感器、位移量采集电路、励磁绕组电流传感器、中央控制单元等。逆变电路采用IGBT或MOFET，中央控制器采用单片机或者DSP数字处理芯片。绕组电流采集电路采用霍尔电流传感器与运算放大器结合。直线电机模块在X、Y方向的位移偏移采集电路采用电涡流传感器后置差动电路组成。
如图9所示，在X向井道壁上装设沿井道相对平行布置的定子(初级)模块，在两列定子模块中间布置由n段单元动子组成的动子模块，在X向的上端和下端气隙的左右方向分别装设四个X向位移传感器x1，x2，x3和x4，分别检测动子在X方向的气隙值。在竖直方向上，当动子模块沿X向发生偏移时，动子模块上的n段单元动子可以分别通入励磁电流来控制磁场大小，进而控制动子模块在X向的偏移。具体哪些单元动子通电，是同向还是反向，步骤如下：
第一步，计算动子模块的上端偏移距离△Xu和下端偏移距离△Xd。如图5所示，为X向气隙偏移量计算示意图，假设气隙均匀相等时的动子模块的平衡中心线位于两列定子间中心线上，发生偏移后的动子偏移轴线与平衡中心线有交点M。
第二步，确定交点M：
当交点M位于动子总高度L范围内时，交点M所在的动子单元的编号定为m。以编号为m的动子单元为分界线，其上端的(m-1)段动子单元和下端的(n-m)段动子单元分别通入不同方向的电流，规则如下：
若上端左侧气隙大于右侧气隙，上端的(m-1)段动子单元通入正向电流，使得上端(m-1)段动子单元的左侧气隙磁场增强，右侧气隙磁场减弱。若上端左侧气隙小于右侧气隙，上端的(m-1)段动子单元通入反向电流，使得上端(m-1)段动子单元的左侧气隙磁场减弱，右侧气隙磁场增强。
若下端左侧气隙小于右侧气隙，下端的(n-m)段动子单元通入反向电流，使得下端(n-m)段动子单元的左侧气隙磁场减弱，右侧气隙磁场增强。若下端左侧气隙大于右侧气隙，下端的(n-m)段动子单元通入正向电流，使得下端(n-m)段动子单元的左侧气隙磁场增强，右侧气隙磁场减弱。
交点M计算如下：
根据相似三角形原理，计算得到M点到上端的距离Mx：
交点M所在动子单元编号m由距离Mx和动子单元长度L0相除然后取整数得到
当交点M不在动子高度L范围内时，表明所有的动子单元均偏移到平衡中心线的一侧，所有动子单元通入电流的方向相同，分两种情况：
当动子模块的所有动子单元均向右侧偏移，所有n段动子单元均通入正电流，使得左侧气隙磁场增强，右侧气隙磁场减弱，将动子模块向左拉回平衡位置。
当动子模块的所有动子单元均向左侧偏移，所有n段动子单元均通入负向电流，使得左侧气隙磁场减弱，右侧气隙磁场增强，将动子模块向右拉回平衡位置。
第三步，确定通入各段动子单元的电流值。
利用有限元数值计算法，事先计算得到单元动子处在不同气隙长度时的电磁力值，以及对应的励磁电流值，然后将这些数据存储形成“位移-电流”关系表格，在实际控制时，根据检测得到的气隙值，通过查表法得到不同“位移-电流”的关系值。
具体策略如下：
1.基准电流I*：单元电机法向偏移单位距离所需的励磁电流值，可利用有限元数值计算得到。
2.上部两个传感器检测到的距离x1和x2；下部两个传感器检测到的距离x3和x4。
A、当动子仅出现法向偏移，即x1＝x3，x2＝x4时
每个单元所需的励磁电流：
Ii＝(x1-x2)*I*,i＝1,2,3,…,n
式中：
1)Ii为各单元励磁线圈所需的励磁电流值；
2)当x1-x2>0时，说明动子向右侧偏移，则动子左侧各单元励磁电流为正向，用于增强励磁磁场；动子右侧各单元励磁电流为负向，用于减弱励磁磁场，两者大小相等，方向相反，总励磁电流不变，保证推力不变。
3)当x1-x2<0时，说明动子向左侧偏移，则动子左侧各单元励磁电流为负向，用于减弱励磁磁场；动子右侧各单元励磁电流为正向，用于增强励磁磁场，两者大小相等，方向相反，总励磁电流不变，保证推力不变。
B、当动子仅出现法向扭转时
假定扭转中心位于第m个单元，则第m个单元励磁线圈无需通入励磁电流，其上部和下部的单元励磁线圈需通入不同大小的励磁电流，从而克服动子扭转。
每个单元所需的励磁电流：
式中：
1)k1,…km,…km-1,…,kn为各单元励磁线圈所需的励磁电流系数，其沿扭转中心向上部和下部呈线性分布，作为偏转中心的第m个单元km＝0。
2)扭转中心第m个单元上部动子单元励磁电流系数计算公式如下：
3)扭转中心第m个单元下部动子单元励磁电流系数计算公式如下：
C、当动子出现法向偏移的同时存在法向扭转时
假定动子法向平移距离为|△x|；扭转中心位于第m个单元。
每个单元所需的励磁电流：
式中，±的确定根据偏移的方向来确定，向右偏移取+，向左偏移取-。
以上为n组单元同时参与X向姿态调节的控制策略实施例。实际应用，也可采用上、下各一组单元或上、下各若干组单元作为X向(法向)调节单元，其余单元作为推力调节单元(调节时，使两侧励磁磁场同时增强或同时减弱，保持法向力不变)，即可进行法向力调节，又可进行推力调节补偿。与此同时，它们都还作为一组或若干组混合励磁直线电机产生电磁推力正常带动负载工作，这是现有混合励磁直线电机或混合励磁体都无法做到的。上、下各一组单元或上、下各若干组单元作为X向(法向)调节单元的控制策略与Y向姿态调节的相同。
以下为Y向姿态调节实施例：图11所示，为Y向姿态调节混合电磁铁的分布图，在动子模块的前后两个平面的8个顶点处分别布置Y向混合励磁极，共有8个混合励磁极，为控制方便，将同一高程上的背靠背混合励磁极编为一组，每组背靠背布置缠有励磁线圈的软铁凸块，两凸铁块靠近气隙的面上粘贴永磁体，两块永磁体磁化方向相反，套装在软铁凸块上的励磁绕组的绕向相同并首尾正向串联，当通入正向电流时，各组混合励磁体的一侧磁场加强，另一侧磁场减弱，反之，通入反向电流时，一侧磁场减弱，另一侧磁场增强。按照这个原则，Y向8个混合励磁极可编组为：Y1和Y5编为一组标记为Y1-5，Y2和Y6编为一组Y2-6，Y3和Y7编为一组Y3-7，Y4和Y8编为一组Y4-8，共编成4组，每组为一路，在控制调节时，仅需控制这4路励磁电流的大小，即可调节四个顶点位置的磁场力大小，进而调节动子模块的姿态。上述背靠背安装的两块永磁体的磁化方向也可相同，但同时，这两块永磁体后面的两个凸块上的励磁线圈绕向须相反，以保证两混合励磁体一侧磁场加强，另一侧磁场减弱。
图11为本发明的Y向姿态调节示意图，其调节过程和步骤如下：
利用装设的8个Y向气隙传感器，得到Y向8个气隙值，然后将各气隙传感器编组，得到Y向气隙平面的四个顶点位置的气隙偏移量如下：
上端Y向位移传感器y1和y5为一组，计算得到上端左侧偏移量YUL
上端Y向位移传感器y2和y6为一组，计算得到上端右侧偏移量YUR
上端Y向位移传感器y3和y7为一组，计算得到下端左侧偏移量YDL
上端Y向位移传感器y4和y8为一组，计算得到下端右侧偏移量YDR
设置上端向后偏移的后偏移极性系数KUL为+1，相反方向时前偏移极性系数KUR＝-1；下端前偏移极性系KDR为+1，相反方向时KDL为-1。
利用有限元分析计算得到动子模块Y向位移对应的Y向电磁力与励磁电流Iy之间的“Y向位移—Iy电流”映射关系可得到对应单位位移量所对应的励磁电流值C1,C2,C3,C4。该位移-电流关系一般采用有限元计算软件根据具体的悬浮***参数计算得到，即Y向位移分别与控制电流Iy的数值关系。
Y向各调节单元分别通入电流的规则如下：
则对于动子导向组件任意位移偏移量，根据电流与位移偏移量的上述映射关系，控制励磁绕组中通入对应电流调节Y方向的位移，控制动子模块回复平衡位置。
Y向姿态调节也可不采用混合励磁体与导磁板方案，而是换成混合励磁直线电机来实现：直线电机定子沿运动方向整体布置，混合励磁体布置在动子的上、下段或整段动子上，即可调节Y向姿态，也可产生电磁推力，其控制策略与X向混合励磁直线电机姿态调节的相同。
Claims (7)
1.一种磁悬浮导向直驱运输***的控制方法，其特征在于，直线电机磁悬浮定位导向控制装置包括至少一组双边型混合励磁直线电机，在每组双边型混合励磁直线电机上均设有用于调整双边定子和动子之间气隙的电磁驱动导向装置，所述的电磁驱动导向装置包括偏量采集电路、绕组电流检测电路、气隙调节单元和驱动控制单元；控制方法包括以下步骤：
①、偏量采集电路实时获取每组双边型混合励磁直线电机在X方向上的偏移量并送入驱动控制单元；
②、绕组电流检测电路实时获取每组双边型混合励磁直线电机中的励磁电流值并送入驱动控制单元；
③、驱动控制单元根据得到的偏移量和励磁电流值来控制气隙调节单元，以使气隙调节单元满足如下条件：气隙调节单元包括X向气隙调节单元和Y向气隙调节单元；通入X向气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同；X向气隙调节单元采用混合励磁直线电机；
Y向气隙调节单元采用永磁与电励磁的混合励磁体时的控制策略及实现步骤如下：
i)基于有限元分析提前计算得到动子模块Y向位移对应的Y向电磁力与励磁电流Iy之间的“Y向位移—Iy电流”映射关系，可得到对应单位位移量所对应的励磁电流值C1，C2，C3，C4；
ii)通过Y向位移传感器获得动子导向组件的Y向位移，计算Y向气隙平面的四个顶点位置的气隙偏移量：上端左侧偏移量YUL，上端右侧偏移量YUR，下端左侧偏移量YDL和下端右侧偏移量YDR；
iii)判别各顶点的极性系数：上端左侧偏移量的极性系数为KUL，上端右侧偏移量的极性系数为KUR，下端前偏移下端左侧偏移量的极性系数为KDR，下端右侧偏移量的极性系数为KDL，规定气隙偏移量在平衡位置时系数为0，超过平衡位置前倾时取值为+1，超过平衡位置后倾时取值为-1；
iv)根据Y向位移的大小，由“Y向位移—Iy电流”映射关系得到Y向各调节单元分别通入电流如下：
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v)将I1，I2，I3和I4作为电流给定值，分别通过电流控制器控制逆变器中的功率管，实现Y方向四个控制绕组的电流控制，进而实现Y向气隙控制。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮导向直驱运输***的控制方法，其特征在于：所述的混合励磁直线电机作为X向气隙调节单元控制策略及实现步骤如下：
A、通过有限元分析提前得到动子导向组件X向位移对应的X向电磁力与X向控制电流Ix之间的“X向位移—Ix电流”映射关系来，以此得到单元电机X向偏移单位距离所需的励磁电流值I*；
B、通过位移传感器获得动子模块上部左右两个位移量x1和x2，下部左右两个位移量x3和x4，计算动子模块上端和下端偏移平衡位置的偏移量△Xu和△Xd；
C、计算发生偏移后的动子偏移轴线与平衡中心线的交点M，当交点M位于动子的高度L范围内时，交点M所在的动子单元的编号定为m；M点到上端的距离由动子所有单元的总长度L和上端偏移距离△Xu，下端偏移距离△Xd确定：交点所在动子单元编号由距离Mx和所在的动子单元长度确定：
D、各个单元所需的励磁电流综合写成矩阵形式：
式中：1)±的确定根据偏移的方向来确定，向右偏移取+，向左偏移取-；n为动子总单元数，│△x│为动子X向平移距离；
2)k1，...km，...km-1，...，kn为各单元励磁线圈所需的励磁电流系数，其沿扭转中心向上部和下部呈线性分布，作为偏转中心的第m个单元km＝0；
3)扭转中心第m个单元上部动子单元励磁电流系数计算公式：
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4)扭转中心第m个单元下部动子单元励磁电流系数计算公式：
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3.一种应用权利要求1所述的磁悬浮导向直驱运输***的控制方法的磁悬浮导向直驱运输***，其特征在于，它包括至少一组双边型混合励磁直线电机，在每组双边型混合励磁直线电机上均设有用于调整双边定子和动子之间气隙的电磁驱动导向装置，所述的电磁驱动导向装置包括：
偏量采集电路，实时获取每组双边型混合励磁直线电机在X方向上的偏移量并送入驱动控制单元；绕组电流检测电路，实时获取每组双边型混合励磁直线电机中的励磁电流值并送入驱动控制单元；气隙调节单元，包括X向气隙调节单元，为沿X轴法向方向对称并排布置的双边型混合励磁直线电机；驱动控制单元，它根据得到的偏移量和励磁电流值来控制X向气隙调节单元，以使X向气隙调节单元满足如下条件：通入X向气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同；
气隙调节单元还包括Y向气隙调节单元，Y向气隙调节单元为永磁与电励磁的混合励磁体与导磁板配合作用，所述的混合励磁体沿运动方向间隙或无间隙设置于动子架前后侧面的左右两侧，并与固定U型支撑总成底面和两导向轨后侧面的铁磁加工面或铁磁板配合，两者保持一定气隙，通入每组气隙调节单元的两直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使其一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱；
或者，Y向气隙调节单元为双边型混合励磁直线电机，其动子沿运动方向间隙或无间隙设置于动子架前后侧面的左右两侧，其定子与动子保持固定气隙配合布置在固定基础和固定导轨上；且Y向气隙调节单元满足如下条件：通入该组气隙调节单元的直流励磁电流与励磁线圈匝数的乘积即励磁磁势大小相等，两励磁电流的方向和线圈的绕向使得一侧励磁磁场及法向力被增强的同时，另一侧被减弱，总电磁推力与不通励磁电流前相同。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮导向直驱运输***，其特征在于：所述的X向气隙调节单元中双边型混合励磁直线电机的初级为带铁芯电枢绕组或带铁芯电枢绕组与永磁电励磁混合励磁体，次级为永磁电励磁混合励磁体或开槽铁芯，其初级和次级两者中的一个作为定子，另一个作为动子。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮导向直驱运输***，其特征在于：在X向气隙调节单元中，所述定子均设置在固定U型支撑总成的相对两内侧，所述的动子为两个，两个动子为背靠背设置在动子架两外侧。
6.根据权利要求3所述的磁悬浮导向直驱运输***，其特征在于：根据动子偏转情况在不同X、Y向气隙调节单元通入相应的调整励磁电流实现分别独立控制。
7.根据权利要求3所述的磁悬浮导向直驱运输***，其特征在于：所述的气隙偏移量由设置在每组双边型混合励磁直线电机X方向和Y方向两侧的位移传感器采集得到。
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