直線電機原理

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

直線電機也稱線性電機，線性馬達，直線馬達，推桿馬達。最常用的直線電機類型是平板式和U型槽式，和管式。線圈的典型組成是三相，有霍爾元件實現(xiàn)無刷換相。

該圖直線電機明確顯示動子（forcer，rotor）的內(nèi)部繞組。磁鉄和磁軌。動子是用環(huán)氧材料把線圈壓成的。而且，磁軌是把磁鐵固定在鋼上。

直線電機經(jīng)常簡單描述為旋轉(zhuǎn)電機被展平，而工作原理相同。動子（forcer，rotor）是用環(huán)氧材料把線圈壓縮在一起制成的;磁軌是把磁鐵（通常是高能量的稀土磁鐵）固定在鋼上。電機的動子包括線圈繞組，霍爾元件電路板，電熱調(diào)節(jié)器（溫度傳感器監(jiān)控溫度）和電子接口。在旋轉(zhuǎn)電機中，動子和定子需要旋轉(zhuǎn)軸承支撐動子以保證相對運動部分的氣隙（airgap）。同樣的，直線電機需要直線導軌來保持動子在磁軌產(chǎn)生的磁場中的位置。

和旋轉(zhuǎn)伺服電機的編碼器安裝在軸上反饋位置一樣，直線電機需要反饋直線位置的反饋裝置--直線編碼器，它可以直接測量負載的位置從而提高負載的位置精度。

由定子演變而來的一側(cè)稱為初級，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)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(nèi)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?？紤]到制造成本、運行費用，目前一般均采用短初級長次級。

直線電動機的工作原理與旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應出電動勢并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產(chǎn)生電磁推力。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。

直線電機的原理并不復雜。設想把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺直線感應電動機（圖）。在直線電機中，相當于旋轉(zhuǎn)電機定子的，叫初級;相當于旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子的，叫次級。初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達到的位置，而次級則不需要那么長。實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長;既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初級移動。

對直線電機控制技術的研究基本上可以分為三個方面：一是傳統(tǒng)控制技術，二是現(xiàn)代控制技術，三是智能控制技術。傳統(tǒng)的控制技術如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。其中PID控制蘊涵動態(tài)控制過程中的信息，具有較強的魯棒性，是交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)中最基本的控制方式。為了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技術。在對象模型確定、不變化且是線性的以及操作條件、運行環(huán)境是確定不變的條件下，采用傳統(tǒng)控制技術是簡單有效的。但是在高精度微進給的高性能場合，就必須考慮對象結(jié)構(gòu)與參數(shù)的變化。各種非線性的影響，運行環(huán)境的改變及環(huán)境干擾等時變和不確定因素，才能得到滿意的控制效果。因此，現(xiàn)代控制技術在直線伺服電機控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有：自適應控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制及智能控制。主要是將模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡與PID、H∞控制等現(xiàn)有的成熟的控制方法相結(jié)合，取長補短，以獲得更好的控制性能。