电气工程学报 ›› 2022, Vol. 17 ›› Issue (2): 73-82.doi: 10.11985/2022.02.009

• 特邀专栏:电气化交通中的电能变换与利用新技术 • 上一篇    下一篇

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基于EtherCAT的磁浮交通PMLSM驱动系统架构及控制研究*

马志勋1(), 刘思明2,3(), 牛海川2,3(), 韩耀飞1(), 林国斌1()   

  1. 1.同济大学国家磁浮交通工程技术研究中心 上海 201804
    2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 上海 201804
    3.同济大学交通运输工程学院 上海 201804
  • 收稿日期:2022-02-26 修回日期:2022-05-16 出版日期:2022-06-25 发布日期:2022-08-08
  • 通讯作者: 马志勋 E-mail:zhixun.ma@tongji.edu.cn;siming_liu@tongji.edu.cn;2033414@tongji.edu.cn;ei_zx@tongji.edu.cn;12154@tongji.edu.cn
  • 作者简介:刘思明,男,1997年生,硕士研究生。主要研究方向为工业以太网及其应用、直线电机伺服控制等。E-mail: siming_liu@tongji.edu.cn
    牛海川,男,1997年生,硕士研究生。主要研究方向为电机控制、电力电子变换器控制等。E-mail: 2033414@tongji.edu.cn
    韩耀飞,男,1980年生,博士,副研究员。主要研究方向为电力电机控制、电力电子变换器控制。E-mail: ei_zx@tongji.edu.cn
    林国斌,男,1963年生,研究员,博士研究生导师。主要研究方向为磁浮车辆技术与直线驱动。E-mail: 12154@tongji.edu.cn
  • 基金资助:
    *上海市自然科学基金资助项目(20ZR1461100)

Research on Maglev Drive Architecture and Control Based on EtherCAT

MA Zhixun1(), LIU Siming2,3(), NIU Haichuan2,3(), HAN Yaofei1(), LIN Guobin1()   

  1. 1. National Maglev Transportation Engineering R&D Center, Tongji University, Shanghai 201804
    2. The Key Laboratory of Road and Traffic Engineering, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 201804
    3. College of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 201804
  • Received:2022-02-26 Revised:2022-05-16 Online:2022-06-25 Published:2022-08-08
  • Contact: MA Zhixun E-mail:zhixun.ma@tongji.edu.cn;siming_liu@tongji.edu.cn;2033414@tongji.edu.cn;ei_zx@tongji.edu.cn;12154@tongji.edu.cn

摘要:

现有的高速磁浮交通系统采用直线同步电机牵引技术,然而磁浮交通系统中实际使用的直线同步电机体积庞大且造价昂贵,不利于前期开发和研究。对此,开发了一种分段式永磁直线同步电机(Permanent magnet linear synchronous motor, PMLSM)牵引驱动样机,旨在以低成本的方式快速简易地部署和验证磁浮交通直线运动控制算法。针对样机,设计并实现了一种基于ARM-FPGA双核的专用控制器。双核分别承担算法部署和控制实施的功能。此外在控制器中引入了EtherCAT网络技术,以搭建低延迟和高精度的网络化控制架构,仿真和试验证明了其可行性和可用性。未来将利用该驱动系统架构开发、部署和验证更多的磁浮交通直线运动控制算法。

关键词: 磁浮交通, 牵引控制, 永磁直线同步电机(PMLSM), 驱动系统架构, EtherCAT

Abstract:

Linear synchronous motor traction technology is utilized in high-speed maglev system. However, the linear synchronous motors in real maglev system is large and costly, which hinders the pre-researches. A novel segmented permanent magnet linear synchronous motor(PMLSM) drive prototype is developed for deploying and verifying maglev linear motion algorithms quickly in a low-cost way. Moreover, an ARM-FPGA based dual-core controller specific to the prototype is designed for separating algorithm deployment from control implementation. Eventually EtherCAT network is introduced into the controller so as to realize the high-precision and low-latency networked control architecture. Both the availability and feasibility are proved by simulation and experiment. In the future, more maglev linear motion algorithms will be developed, deployed and verified using the maglev drive architecture.

Key words: Maglev, propulsion control, permanent magnet linear synchronous motor(PMLSM), drive architecture, EtherCAT

中图分类号: