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Investigation of Control Methods for Segmented Long Stator Linear Drives

Benavides Oswald, Rodrigo :
Investigation of Control Methods for Segmented Long Stator Linear Drives.
Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Investigation of Control Methods for Segmented Long Stator Linear Drives
Language: English
Abstract:

Nowadays, linear motors are widely used in machine tools to eliminate the gear re-lated problems of rotative drives with lead-screw transmission. With linear motors the performance increases considerably since mechanical transmission elements are re-moved. This leads to a better precision, a higher acceleration and a higher speed of the moving part. Therefore, direct drives with linear motors are increasingly used in indus-trial applications although these solutions often need higher investment costs. In industrial processing plants, raw materials are transferred into the production process, typically then they pass several processing stations and finally, the processed article is removed from the processing chain. In today’s production plants, different equipment is used for transportation and processing materials. Advantages can be ex-pected by using the same system of linear drives for transportation as well as for proc-essing materials. Hence, this dissertation discusses a proposal for process-integrated material handling based on linear drives. The integration of linear drives into the pro-duction plant calls for a new view of the production process. The integrative viewpoint where a co-design of drive and plant is introduced should be developed for future appli-cations. To fulfill the demand of a material handling system, two alternatives are compared. The first one is based on active vehicles and passive tracks and the second one is based in passive vehicles and active tracks. Advantages and disadvantages of both alternatives are discussed, considering aspects of the power supply system as well as control and communication demands. The control of Long Stator PM Linear Synchronous motors with passive, lightweight transportation units is investigated in detail. Hard- and software for an experimental setup is developed for a sectioned Long Stator Linear Motor and used to validate the proposed system. Finite Element tools are applied to introduce information into the con-trol loop about section’s transition and thrust force ripple. Field oriented control, direct flux control and resonant control are supported by the Finite Element information to suppress detent forces and achieve a smooth movement overall the track. A control method for soft transition between separately fed sections of the track without affecting the dynamic are implemented. Experimental results validate the proposed system and it opens a new application area for the linear drives in future.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Heutzutage werden Linearmotoren in Werkzeugmaschinen eingesetzt, um mechani-sche Probleme des Antriebsstranges (Kugelgewindespindel, Zahnstange, Rie-men/Ritzel) auszuschließen und hohe Dynamik und Präzision zu erreichen. Linearmoto-ren haben den großen Vorteil, dass es keine weiteren mechanischen Übertragungsele-mente im Antriebsstrang gibt. Dies führt zu einer höheren Genauigkeit, Beschleunigung und Geschwindigkeit des beweglichen Teiles. Obwohl diese Antriebslösungen oftmals teurer sind, werden Direktantriebe mit Linearmotoren in industriellen Anlagen zuneh-mend eingesetzt. In industriellen Verarbeitungsanlagen müssen die zu bearbeitenden Gegenstände in-nerhalb des Produktionsprozesses zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen trans-portiert und nach Fertigstellung aus der Verarbeitungskette ausgeschleust werden. Ver-arbeitungsanlagen werden oft so entworfen, dass zum Transport und zur Bearbeitung von Gegenständen unterschiedliche Einrichtungen eingesetzt werden. Vorteile sind zu erwarten, wenn für Transport und für Bearbeitung das selbe Linear- Antriebssystem verwendet wird. In der vorliegenden Arbeit werden derartige Linearantriebe untersucht. Dabei werden zwei Varianten verglichen. Die erste basiert auf aktiven Fahrzeugen und passiven Fahrwegen, die zweite auf passiven Fahrzeugen und aktiven Fahrwegen. Vor-teile und Nachteile beider Alternativen werden dargestellt sowie Aspekte der Regelung und Informationsverarbeitung untersucht. In der Arbeit wird die Steuerung und Regelung für die Variante des Langstator-PM-Linear-Synchronmotors mit passiven, leichten Transporteinheiten detailliert unersucht. Hard- und Software einer Versuchsanlage auf Basis eines segmentierten Langstator-Linear-Motors wird realisiert. Damit werden Regelungs- und Steuerverfahren unter-sucht und erprobt. Finite-Element-Verfahren werden eingesetzt, um Informationen zur Regelung der Übergänge zwischen den Statorabschnitten und zur Unterdrückung der Kraftwelligkeit in die Regelung einzubringen. Feldorientierte Regelung, direkte Fluss-regelung und resonante Regelung werden mit Hilfe des Finite Element-Modells verbes-sert, um eine glatte Bewegung über den ganzen Fahrweg zu erreichen. Experimentelle Ergebnisse bestätigen das vorgeschlagene System, es öffnet ein wei-teres, neues Anwendungsgebiet für Linearenantriebe.German
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 000 Allgemeines, Wissenschaft
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Leistungselektronik und Antriebsregelung
Date Deposited: 29 Oct 2008 12:45
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
Related URLs:
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-11521
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Mutschler, Prof. Dr.- Peter and Kennel, Prof. Dr.- Ralph
Refereed: 21 August 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1152
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