【摘要】： 機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)是一種集超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)和永磁同步電機(jī)于一體的復(fù)合空間傳動(dòng)。該傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)、電和控制的有機(jī)集成,可以使機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成大為簡化,在航空和航天等前沿技術(shù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。本文從傳動(dòng)輸出特性、控制理論和控制實(shí)驗(yàn)等方面對(duì)機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。 采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法,推導(dǎo)了機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)中行星輪轉(zhuǎn)角與行星架轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系,根據(jù)不同蝸桿極對(duì)數(shù)對(duì)應(yīng)的環(huán)面定子永磁齒數(shù),提出了六種常見的行星輪安裝方式。給出了在不同的安裝方式下,同時(shí)參與嚙合齒數(shù)和嚙合區(qū)與蝸桿包角的關(guān)系式。推導(dǎo)了電磁嚙合輸出力矩,討論了其隨系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律。得到了六種安裝方式下該傳動(dòng)力矩和角速度的輸出特性。 建立了機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型,推導(dǎo)了該傳動(dòng)輸出角速度與輸入電壓間的傳遞函數(shù),分析了傳動(dòng)參數(shù)對(duì)速度響應(yīng)的影響規(guī)律。考慮該傳動(dòng)嚙合齒對(duì)數(shù)變化引起的的波動(dòng),得到了系統(tǒng)的實(shí)際速度響應(yīng)。設(shè)計(jì)了比例積分控制器,研究了控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的魯棒性。求得了速度擾動(dòng)引起的響應(yīng),得到了補(bǔ)償電壓和理想的速度響應(yīng)。 推導(dǎo)了機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)的力矩傳遞函數(shù),得到了考慮力矩波動(dòng)的實(shí)際力矩響應(yīng)規(guī)律。運(yùn)用二自由度控制方法,設(shè)計(jì)了二自由度力矩控制系統(tǒng),分析了參數(shù)變化對(duì)控制系統(tǒng)力矩響應(yīng)的影響規(guī)律,提出了周期性力矩?cái)_動(dòng)的校正方案。根據(jù)期望的動(dòng)態(tài)性能,設(shè)計(jì)了二自由度速度控制系統(tǒng)獨(dú)立的控制器,給出了補(bǔ)償電壓,驗(yàn)證了對(duì)速度擾動(dòng)校正的有效性。 建立了機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)的狀態(tài)空間模型,完成了最優(yōu)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì),給出了狀態(tài)變量的線性反饋控制規(guī)律,分析了權(quán)重系數(shù)選取對(duì)輸出性能的影響規(guī)律�？紤]該傳動(dòng)固有的波動(dòng)規(guī)律,設(shè)計(jì)了最優(yōu)伺服系統(tǒng),分析了參數(shù)變化對(duì)伺服性能的影響規(guī)律。結(jié)合古典控制與現(xiàn)代控制原理,完成了帶校正三階系統(tǒng)最優(yōu)控制器的設(shè)計(jì),得到了平穩(wěn)的最優(yōu)控制律以及良好的跟蹤響應(yīng)特性,明顯改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 運(yùn)用電機(jī)學(xué)理論,分析了機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)空間螺旋的蝸桿繞組電流,建立了繞組電流與行星輪永磁齒的磁動(dòng)勢(shì)模型,給出了該傳動(dòng)電感的解析表達(dá)式,分析了電感隨傳動(dòng)參數(shù)的變化規(guī)律。建立了磁鏈方程,得到了轉(zhuǎn)速為常值時(shí)電壓方程的電磁瞬態(tài)解。結(jié)合轉(zhuǎn)矩方程得到了傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程和狀態(tài)方程,利用數(shù)值方法求解了該傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)方程,對(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)過程進(jìn)行了仿真計(jì)算,討論了狀態(tài)變量的響應(yīng)隨參數(shù)的變化規(guī)律。 采用陀螺儀作為角速度傳感器,設(shè)計(jì)并制作了偏置環(huán)節(jié)和運(yùn)算放大電路,完成了機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)開環(huán)控制和閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn),通過與理論計(jì)算以及Simulink仿真結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了理論分析的正確性,并為該傳動(dòng)系統(tǒng)控制理論的進(jìn)一步研究和實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH132
【圖文】：

圖 1-1 機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)樣機(jī)odel machine of the electromechanical integrated傳動(dòng)不同于傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)，也不同于一傳動(dòng)，并且將傳統(tǒng)超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)振動(dòng)小和同湊及傳動(dòng)比范圍廣的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來；同時(shí)觸、無磨損、無需潤滑和效率高等優(yōu)點(diǎn)；緊湊，傳動(dòng)更加平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)精度也更高；于一體，通過控制蝸桿的輸入電流，系統(tǒng)可以取代伺服系統(tǒng)，使現(xiàn)有機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)發(fā)展的大趨勢(shì)下，要求積極開拓新型的傳的集成。機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)適應(yīng)了僅可用于航空、航天、軍事和車輛等要求飛行器制導(dǎo)等控制要求高的技術(shù)領(lǐng)域，簡機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)的結(jié)構(gòu)集成和機(jī)電耦

(e)八齒雙四輪異步 (f)八齒四雙輪異步圖 2-6 八齒行星輪嚙合區(qū)隨包角的變化Fig. 2-6 Changes of the tooth number in mesh along with face widthangle for planets with eight teeth由圖 2-6 可知，嚙合區(qū)大小與包角的關(guān)系是由多個(gè)分段斜線組成，隨著包角的增大，每個(gè)行星輪同時(shí)參與嚙合的齒數(shù)增多，異步行星輪疊加以及乘以安裝倍頻后得到的同時(shí)參與嚙合的齒數(shù)也增多。在不同的安裝方式下，各段之間的增長幅度有差別，同步的行星輪數(shù)越多，增長越多。各段區(qū)間的大小又與異步輪數(shù)有關(guān)，異步行星輪越多，分段就越細(xì)小。各線段的端點(diǎn)為特殊點(diǎn)，這些點(diǎn)在理論計(jì)算中為單一齒數(shù)的嚙合區(qū)，不存在嚙合齒對(duì)數(shù)的交替，輸出力矩沒有波動(dòng)，是平穩(wěn)輸出的最佳狀態(tài)，但由分析可知，這些點(diǎn)包含同時(shí)參與嚙合行星輪齒的一些臨界狀態(tài)，并不是穩(wěn)定的單一齒嚙合，所以不建議選用這些點(diǎn)作為樣機(jī)的蝸桿包角參數(shù)，根據(jù)機(jī)械加工要求，可以選用除這些特殊點(diǎn)以外的其它點(diǎn)。由于機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)的輸出力矩與同時(shí)參與嚙合的齒數(shù)緊密相關(guān)，所以可以由樣機(jī)所選蝸桿包角大小和行星輪的

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2717331