發(fā)布時間：2017-05-26 14:19

  本文關鍵詞：動圈式磁懸浮永磁平面電機優(yōu)化設計與運動控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：平面電機不需要中間轉換機構便可直接實現(xiàn)二維平面運動,具有定位精度高、加速度大、響應速度快等特點。相比于其他各類的平面電機,動圈式磁懸浮永磁平面電機具有結構簡單、效率高、無摩擦、適應真空工作環(huán)境等優(yōu)點。本文以動圈式磁懸浮永磁平面電機為研究對象,在Halbach型定子磁場優(yōu)化、電磁推力/轉矩建模及動子線圈優(yōu)化、六自由度解耦電流分配及運動控制、有限元仿真及實驗等方面進行了研究,具體內容如下:首先,在分析動圈式磁懸浮永磁平面電機工作原理和拓撲結構的基礎上,建立了二維Halbach定子磁鋼陣列磁場諧波模型,提出了“平均基波幅值應盡可能大,平均相對均方差應盡可能小”的磁鋼優(yōu)化原則和“總諧波畸變率應盡可能小,基波幅值應盡可能大”的磁鋼優(yōu)化原則。通過將所得優(yōu)化結果和已有文獻中的磁鋼參數(shù)進行有限元對比和實驗驗證,證明了本文所提出的磁鋼參數(shù)設計方案可以很好的降低磁場高次諧波,尤其是含量較高的2次諧波。其次,結合氣隙磁密基波解析模型及線圈等效簡化模型,利用洛倫茲力法,對通電線圈電流微元的受力情況進行了研究,進而給出了動圈式磁懸浮永磁平面電機動子線圈的推力/轉矩數(shù)學模型,為平面電機推力/轉矩分配提供了理論依據(jù)。提出了“推力功耗比最大”的線圈優(yōu)化準則,并根據(jù)此優(yōu)化準則對動子線圈尺寸進行了優(yōu)化,使得平面電機在輸出相同推力的情況下,能量損耗最小。然后,針對平面電機具有六自由度運動的特點,利用期望推力/轉矩給出了動圈式磁懸浮永磁平面電機電流分配策略,此電流分配策略可以有效的實現(xiàn)推力/轉矩的六自由度完全解耦。針對平面電機起浮運動過程,研究了懸浮力隨豎直位移呈指數(shù)衰減特性對電機控制性能的影響,設計了基于PID位置反饋的運動控制器,結果表明,系統(tǒng)在PID控制器的控制下具有很強的抗干擾性和良好的魯棒性。最后,利用Ansoft有限元仿真軟件建立三維仿真模型,采用PC+DSP28335+驅動板+樣機+傳感器的方式搭建樣機實驗平臺,對平面電機反電勢、z向懸浮力和x向水平推力/轉矩進行了仿真及實驗,將理論解析值、有限元仿真值和靜態(tài)實驗測量值進行對比,三者結果的一致性證明了解析模型、有限元仿真模型和樣機的正確性。
【關鍵詞】：平面電機 磁場優(yōu)化 解耦電流分配 PID控制器 有限元仿真
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM351
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 平面電機發(fā)展現(xiàn)狀12-20
• 1.2.1 感應式平面電機14
• 1.2.2 變磁阻式平面電機14-15
• 1.2.3 永磁同步式平面電機15-20
• 1.3 永磁同步式平面電機磁鋼陣列分析與優(yōu)化20-22
• 1.4 永磁同步式平面電機線圈陣列分析與優(yōu)化22-23
• 1.5 永磁同步式平面電機運動控制研究23-27
• 1.5.1 永磁同步式平面電機仿真模型研究24-25
• 1.5.2 永磁同步式平面電機推力/轉矩數(shù)學模型研究25-26
• 1.5.3 永磁同步式平面電機運動控制策略研究26-27
• 1.6 本文主要研究內容27-28
• 第二章 動圈式磁懸浮永磁平面電機磁場建模及磁鋼優(yōu)化28-51
• 2.1 動圈式磁懸浮永磁平面電機定子磁鋼磁場建模28-36
• 2.1.1 動圈式磁懸浮永磁平面電機拓撲結構28-29
• 2.1.2 平面電機Halbach型定子磁鋼磁化強度29-33
• 2.1.3 平面電機Halbach型定子磁鋼磁密諧波模型33-34
• 2.1.4 平面電機氣隙磁密分布34-36
• 2.2 動圈式磁懸浮永磁平面電機定子磁鋼磁場優(yōu)化36-45
• 2.2.1 方法一：利用期望磁密波形和實際磁密波形之間的平均相對均方差優(yōu)化磁場37-40
• 2.2.2 方法二：利用二維波形總諧波畸變率優(yōu)化磁場40-45
• 2.3 有限元仿真及試驗樣機驗證45-49
• 2.4 本章小結49-51
• 第三章 動圈式磁懸浮永磁平面電機電磁推力/轉矩建模及線圈優(yōu)化51-63
• 3.1 動圈式磁懸浮永磁平面電機電磁推力/轉矩建模51-58
• 3.1.1 動圈式磁懸浮永磁平面電機電磁推力建模52-55
• 3.1.2 動圈式磁懸浮永磁平面電機電磁轉矩建模55-58
• 3.2 動圈式磁懸浮永磁平面電機線圈參數(shù)優(yōu)化58-61
• 3.3 本章小結61-63
• 第四章 動圈式磁懸浮永磁平面電機電流分配策略及運動控制63-78
• 4.1 動圈式磁懸浮永磁平面電機電流分配策略63-70
• 4.1.1 平面電機懸浮力電流分配策略64-65
• 4.1.2 平面電機水平力電流分配策略65-67
• 4.1.3 平面電機z軸轉矩電流分配策略67-68
• 4.1.4 平面電機x（y）軸轉矩電流分配策略68-70
• 4.2 動圈式磁懸浮永磁平面電機運動控制70-77
• 4.2.1 動圈式磁懸浮永磁平面電機起浮運動方程70-72
• 4.2.2 平面電機運動控制器設計72-73
• 4.2.3 PID控制器參數(shù)調節(jié)73-77
• 4.3 本章小結77-78
• 第五章 動圈式磁懸浮永磁平面電機有限元仿真及實驗78-87
• 5.1 動圈式磁懸浮永磁平面電機仿真模型及實驗平臺搭建78-79
• 5.2 動圈式磁懸浮永磁平面電機反電勢仿真及實驗79-80
• 5.3 動圈式磁懸浮永磁平面電機懸浮力/轉矩仿真及實驗80-83
• 5.4 動圈式磁懸浮永磁平面電機水平推力/轉矩仿真及實驗83-86
• 5.5 本章小結86-87
• 第六章 結論與展望87-90
• 6.1 結論87-88
• 6.2 展望88-90
• 參考文獻90-95
• 致謝95-96
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文與專利96

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2 任壽萱;平面電機[J];電機技術;1997年02期

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4 李鑫;楊開明;朱煜;余東東;崔樂卿;;單邊非質心驅動平面電機運動控制研究[J];中國電機工程學報;2012年27期

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6 王才龍,胡建華;步進平面電機[J];微特電機;1977年01期

7 周贛;黃學良;周勤博;傅萌;張前;馮傳水;;基于模式力的平面電機控制方法[J];電工技術學報;2009年02期

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1 郭占社;吳一輝;張平;梁靜秋;;基于微機械工藝的平面電機及其制作[A];制造業(yè)與未來中國——2002年中國機械工程學會年會論文集[C];2002年

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1 張魯;同心式繞組永磁同步平面電機的基礎研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

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3 彭俊榮;動圈式磁浮平面電機電磁結構設計與優(yōu)化研究[D];華中科技大學;2013年

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5 劉廣斗;動鐵式磁浮平面電機建模分析和電磁設計研究[D];華中科技大學;2014年

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7 王文祝;高精度平面電機性能參數(shù)測試方法研究[D];中南大學;2013年

8 張魯;復合電流驅動的永磁同步平面電機基礎研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

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10 雷佳科;磁浮平面電機運動控制系統(tǒng)硬件設計[D];華中科技大學;2013年

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本文編號：397114