电磁发射用六相永磁直线同步电机（permanent magnet linear synchronous motor, PMLSM）具有高阶、非线性、多变量、强耦合和非周期瞬态运行特性，对电流环的解耦能力与动态响应速度提出了严峻的挑战。现有的电流解耦控制（current decoupling control, CDC）研究主要集中于三相系统的交叉解耦，既没有针对多相系统的解耦方法，也没有对解耦和动态响应性能的有效评价标准。

有鉴于此，海军工程大学朱俊杰教授团队在《国际机械系统动力学学报（英文）》（International Journal of Mechanical System Dynamics，IJMSD）发表“电磁发射用六相永磁直线同步电机电流解耦控制研究”论文，建立了多相电机的等效降阶复矩阵数学模型，分析了多相驱动电磁发射系统的瞬态耦合特性。在此基础上，提出了一种简化的多相电机电流解耦控制方法，分别基于直接补偿原理与矩阵对角化原理实现了六相PMLSM的前馈解耦与偏差解耦控制。理论分析与试验结果表明，偏差解耦方法在高速电磁发射过程中表现出更优的瞬态解耦与动态调节性能。此外，作者基于动态相对增益矩阵和绝对误差积分提出的多相系统电流控制综合性能评价标准，也为电流控制的最优化设计奠定了基础。

该文亮点：

1. 通过建立六相电机的等效降阶复矩阵数学模型，提出了一种简化的六相电机电流解耦控制方法，将前馈解耦与偏差解耦控制理论从三相系统推广至六相系统；
   
   
2. 分别基于动态相对增益矩阵和绝对误差积分准则评估电流环的瞬态解耦性能与动态响应性能，提出了一种适用于强暂态运行系统的电流控制综合性能评价标准；

   
   

3. 通过理论分析与试验验证得出结论：偏差解耦调节器在强暂态运行模式下较之于前馈解耦调节器具有更优异的瞬态解耦性能和鲁棒性。

   Six-phase permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM) for electromagnetic launch (EML) shows the characteristics of high order, non-linearity, multivariable, strong coupling and non-periodic transient operation, posing great challenge to the decoupling and dynamic response ability of the current loop. Prof. Junjie Zhu and his team from Naval University of Engineering published a research article entitled “Research on current decoupling control of six‐phase permanent magnet linear synchronous motor for electromagnetic launch” in the International Journal of Mechanical System Dynamics (IJMSD). They present an equivalent reduced-order complex-matrix dynamic mathematical model of six-phase PMLSM and analyze the strong-transient coupling characteristics of multi-phase driven EML system. On this basis, a simplified current decoupling control method of multi-phase motor is proposed. The feedforward decoupling and deviation decoupling control of six-phase PMLSM are realized based on the direct compensation principle and matrix diagonalization principle respectively. Theoretical analysis and experimental results indicate that the deviation decoupling method has better transient decoupling and dynamic regulating performance in the process of high-speed EML. The comprehensive performance evaluation standard of current control for multiphase systems proposed in this paper, based on the dynamic relative gain matrix and absolute error integral, also lays a foundation for the optimal design of current control.
   

   Highlights:
   

1. The equivalent reduced-order complex-matrix mathematical model of six-phase PMLSM is established, then a simplified current decoupling control method for six-phase motor is proposed, where the feedforward decoupling and deviation decoupling control theories are extended from three-phase systems to six-phase systems.

2. Based on the dynamic relative gain matrix and the absolute error integral criterion, respectively, the transient decoupling performance and dynamic response performance of the current loop are evaluated, and a comprehensive performance evaluation standard of current control for strong transient operation systems is proposed.

3. Through the theoretical analysis and experimental verification, it is concluded that the deviation decoupling regulator has better transient decoupling performance and robustness than the feedforward decoupling regulator under the strong transient operation mode.

Keywords:

complex‐matrix mathematical model,

current decoupling control,

electromagnetic launch,

strong transient

DOI: 10.1002/msd2.12020

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Cite this article: Sun X, Xu J, Zhu J. Research on current decoupling control of six‐phase permanent magnet linear synchronous motor for electromagnetic launch. Int J Mech Syst Dyn. 2021;1(2):267‐277.

作者简介

孙兴法 海军工程大学，舰船综合电力技术国防科技重点实验室，博士研究生。主要研究方向：电机控制、电能变换。

许金 海军工程大学，舰船综合电力技术国防科技重点实验室，研究员，博士生导师。主要研究方向：直线电机设计、电机控制。

朱俊杰 海军工程大学，舰船综合电力技术国防科技重点实验室，研究员，博士生导师。主要研究方向：电能变换、电机控制。

期刊简介

IJMSD由来自12个国家的15位院士、14位国际学会主席、13位其他国际期刊主编等53位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创立。主编为南京理工大学芮筱亭院士，3位合作主编分别是加拿大皇家学会会士、加拿大工程院院士、欧洲科学院院士、加拿大麦吉尔大学Marco Amabili院士，国际理论与应用力学联盟IUTAM)前司库、国际多体系统动力学协会(IMSD)前主席、德国斯图加特大学Peter Eberhard教授和美国工程院及科学院两院院士、英国皇家学会外籍院士、欧洲科学院外籍院士、中国科学院外籍院士、美国工程科学协会前主席、美国西北大学Yonggang Huang院士。

 IJMSD旨在用机械系统动力学科学与技术为现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能的提升提供先进的理论、软件、方法、器件、标准，为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学，所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构，还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。

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