现代高档数控机床对伺服进给系统提出了“高速、高精度”的双重要求。采用永磁直线电机直接驱动是实现机床高速、高精度进给的必要途径之一。本文以永磁直线伺服电机(PMLSM)为研究对象,在国家自然科学基金项目和省自然科学基金项目的资助下,针对永磁直线伺服电机的端部效应引起的推力波动及其补偿控制策略进行了系统的研究。主要内容如下: 1.对永磁直线伺服电机空载端部效应以及负载电流对端部效应的影响等问题进行分析计算,推导出了矢量控制运行状态下永磁直线电机推力模型及端部效应引起的推力波动表达式。并分析了机床用永磁直线电机端部效应推力波动的主要因素。 2.将磁导调制方法应用于永磁直线伺服电机的设计。采用开口槽形,将齿槽磁导波与端部磁导波在一个极距内均匀移相调制,以有效削弱永磁直线伺服电机的端部效应和齿槽效应,减小电机的推力波动,提高伺服机构的定位精度。 3.将分数槽绕组理论与磁导调制方法有机结合,并应用于永磁直线伺服电机绕组设计中,给出真分数槽、特殊集中相带的磁导调制式直线伺服电机的电磁设计原则和绕组设计方法。并对12极典型电机进行了具体参数设计和磁场优化设计计算及推力波动测试实验。 4.针对机床用永磁直线伺服电机短初级、长次级的特点以及多电机并行驱动结构安装的灵活性,提出两单元段间移相电机设计方法,根据端部效应推力波动的幅—相特性优化段间移相角,以进一步削弱推力波动幅值。并对移相电机的绕组供电方式进行了设计、分析和计算。针对90°移相和幅—相特性优化移相方案样机进行了空载和负载推力测试。 5.为进一步提高直线进给系统的伺服精度,根据永磁直线伺服电机端部效应扰动的周期性特点,提出基于位置和电流的二维补偿模型的快速补偿控制策略。构建了幅—相特性优化样机补偿表,并进行了对比实验。 6.采用B样条神经网络作为函数逼近器来实现对由端部效应等引起推力波动的观测,以提高补偿的精度。仿真结果验证了控制策略的有效性。