进给平台永磁直线磁悬浮电动机的电磁力特性研究

针对数控机床进给平台的摩擦问题,提出采用永磁直线磁悬浮电动机来实现无摩擦进给。给出磁悬浮进给平台的结构以及进给平台的运行原理。该进给平台采用永磁直线磁悬浮电动机驱动,永磁直线磁悬浮电动机的动子上有两套绕组,一套绕组用于产生电磁推力,另一套绕组用于产生可控的磁悬浮力。采用Maxwell应力张量法推出了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型。用Ansoft对电磁推力和磁悬浮力进行了有限元分析,证明了采用永磁直线磁悬浮电动机实现直接驱动和无摩擦进给的可行性。     

数控机床永磁直线电动机磁悬浮运行机制研究

为实现数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行,须对电动机的电磁推力和悬浮力进行实时控制。电磁推力和悬浮力的计算是数控机床磁悬浮永磁直线同步电动机设计及控制的基础。根据数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行机制,推导出电动机的电磁推力和悬浮力与电流之间关系的数学模型。并用Ansoft对电磁推力和悬浮力进行有限元分析,将解析计算结果与Ansoft的计算结果进行比较,验证了数学模型的有效性与正确性,为数控机床永磁直线同步电动机磁悬浮控制系统的分析与设计提供依据。     

采用HALBACH磁阵列的磁悬浮平台的磁场分析

以纳米两维磁悬浮定位平台研究中采用的HALBACH阵列为例,采用一种通用分析方法对其进行解析计算,用ANSYS软件对其产生的磁场进行了仿真。计算和仿真结果表明,HALBACH阵列具有磁单边特性和很好的正弦特性。     

新型高温超导直线感应电机的设计及有限元分析

结合直线感应电机设计原理,对高温超导直线感应电机的结构进行设计和对电磁场进行研究,最后利用大型有限元软件ANSYS对电机的电磁场、电磁力等进行仿真,同时进行了数据对比,仿真结果和理论分析取得较好的一致性。     

磁悬浮直线进给单元支承立柱设计及定位分析

针对机床用磁悬浮直线进给单元设计过程中的磁悬浮支承问题,比较了两种磁悬浮工作原理,确定了单自由度吸力型磁悬浮支承模型,并推广到五自由度磁悬浮直线进给单元模型的建立。运用SolidWorks三维软件设计了两种磁悬浮直线进给单元支承立柱,并运用ANSYS有限元软件对其进行定位分析,计算出了两种平台的支承立柱在进给方向和导向方向的最佳位置。所做的计算与分析可用于机床用磁悬浮直线进给单元结构的优化设计。     

用于直接驱动机床主轴的大推力圆筒型永磁直线电机的研究

根据机床主轴进给性能指标的要求,计算圆筒型永磁直线电机的主要尺寸参数,然后通过有限元分析对电机的输出性能进行优化。最后设计基于各相独立电流环控制的控制方案,完成机床主轴直线电机进给系统的总体设计。设计的大推力圆筒型永磁直线电机能实现机床主轴的直接进给驱动,具有效率高,精度高,动态响应快等优点。     

磁悬浮永磁直线电机伺服系统H∞鲁棒控制的研究

磁悬浮永磁直线电动机具有直接驱动与磁悬浮的特点,它能消除传动链所带来的不良影响以及动子与静止导轨之间的摩擦,提高系统的快速反应能力和精度.针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于黎卡提不等式(Riccati)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器.首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.其次,在建立系统状态空间模型的基础上,将此系统归结为标准的H∞控制问题,通过求Riccati不等式的对称正定解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器.最后,在MATLAB环境下搭建系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求.     

基于MATLAB的伺服压力机控制系统仿真研究

对曲柄滑块伺服压力机的机构运动和伺服电机的控制系统进行仿真研究,通过机构运动的仿真得到滑块的运动行程曲线,而电机部分的仿真主要基于对永磁同步电机的矢量控制原理进行分析与数学建模。利用Matlab/Simulink平台搭建仿真模型进行仿真实验,验证了所建模型系统符合永磁同步电机的运行特性。最后利用仿真模型给予电机不同的转矩进行仿真实验以获得不同的响应曲线,通过分析电机特性曲线来优化电机的控制策略,进而提高压力机的工作性能。     

基于有限元分析的扁平型动磁式直线压缩机设计

研制了一台新型的扁平型动磁式直线压缩机,该机采用直线振荡电机驱动,具有结构紧凑、效率高等特点.为研究和预测其工作性能,分别基于有限元静态和瞬态分析,建立了静力学与动力学模型,给出了电磁力表达式,对动态特性进行了仿真,为压缩机的优化设计提供了依据.以空气为压缩工质,对压缩机的部分性能进行了测试,指出了影响直线压缩机性能的关键因素.     

基于差异进化算法的数控永磁直线同步电动机优化设计

在标准差异进化算法(DE)的基础上,提出一种改进的差分进化算法,该算法从动态更新种群、关键参数自适应处理两个方面进行了改进。针对永磁直线同步电动机的特点,运用有限元法精确的求解直线电机内的磁场分布,分别计算边端力和齿槽力后合成得到磁阻力,并将有限元数值分析与DE法相结合,为提高数控系统中直线电动机运行的平稳性,对其磁阻力进行最小优化,具体实例的优化计算结果表明DE算法与有限元结合是电机优化设计领域中一种行之有效的方法。     

H型直线电机工作台控制技术研究

分析了直线电机驱动的H型运动平台的结构特点,建立了直线电机H型工作台运动系统,研究了H型工作台双边直线电机基于增量式编码器同步寻相的实现途径并设计了工作台双电机同步寻相程序;研究了几种双边电机同步运动控制的方法,通过分析每种控制方法的原理和实验结果表明,多电机同轴控制是比较适合H型工作台双边直线电机高精度同步运动的控制技术.     

磁悬浮永磁直线电动机自抗扰控制器设计

磁悬浮永磁直线电动机实现了直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的反应速度和精度。针对电动机运行中受到系统外扰和内扰的问题,将自抗扰控制器引入磁悬浮永磁直线电动机。首先,建立电动机在d-q坐标下的数学模型,分析系统非线性强耦合的本质原因;其次,将速度,d,q轴电流作为系统状态量,设计三个一阶自抗扰控制器。将电流间存在的耦合项视为系统内部扰动,应用扩张状态观测器估计系统输出和受到的综合扰动,并在反馈中加以补偿,实现系统的反馈线性化;最后,建立采用自抗扰控制的系统仿真模型。仿真结果表明,采用自抗扰控制的磁悬浮永磁直线电动机伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制内外扰动,具有很强的鲁棒性。     

永磁同步直线电机的模糊PID控制及仿真试验

针对传统PID控制及模糊控制在永磁同步直线电机控制上的不足,建立永磁同步直线电机的数学模型,并设计模糊PID控制器用于控制直线电机的速度;通过Matlab对永磁同步直线电机控制系统进行仿真,比较传统PID速度控制与模糊PID速度控制的控制效果.结果表明,模糊PID控制效果优于传统PID控制.     

基于直线音圈电机运动平台的线性自抗扰控制研究

运动平台是机床设备中重要的组成部分,广泛使用的机械导轨式运动平台定位精度难于突破微米级,摩擦是影响机械导轨式运动平台定位精度的主要原因。为解决摩擦作用导致的运动平台动态性能难以提升的问题,针对直线音圈电机运动平台设计了一种线性自抗扰控制器。将PD控制器和带模型信息的扩张状态观测器相结合,带模型信息的扩张状态观测器可以根据控制输入量和位置误差估计出平台运动过程中受到的摩擦力,并在控制输入量中进行补偿。该观测器很好地补偿了摩擦扰动,从而提高了系统的鲁棒性和跟踪性能。仿真实验表明：该线性自抗扰控制器与PID控制器相比,可有效提高直线音圈电机运动平台的动态性能。     

高频响一维直线电机运动平台的研究与开发

高频响、高精度直线电机运动平台直接驱动精密运动系统是近年来发展起来的一种新型进给传动方式。研制一种以直线电机直接驱动的运动平台,阐述该平台的设计与开发过程,并进行调试与测试。实验结果证明:该平台消除了机械传动所带来的不良影响,极大地提高了进给系统的快速反应能力和控制精度。     

基于神经网络的虚拟轴机床轨迹跟踪控制方法的研究

针对永磁直线电机驱动的六自由度虚拟轴机床提出基于神经网络的轨迹跟踪控制方法.采用神经网络来实现永磁直线电机伺服系统的位置和速度控制,将负载扰动、杆间耦合扰动等效地看成电动机模型参数的变化,通过调整权值来补偿不确定性扰动对轨迹跟踪控制的影响,保证了系统的鲁棒性.仿真实验结果表明,用该方法设计的虚拟轴机床控制系统具有良好的跟踪给定和抑制扰动的效果,从而保证机床运动协调、姿态合理.     

基于nCode Design-Life的永磁同步电机主轴的疲劳特性分析

针对某型号永磁同步电机主轴局部出现裂纹或断裂现象展开了分析研究。首先用解析法和数值法对电机主轴进行了二维电磁力计算分析,确定了作用在主轴上的载荷谱。然后利用n Code Design-Life中的S-N分析方法,对永磁同步电机的主轴进行疲劳特性分析。得到主轴的疲劳损伤云图,结果显示在主轴输出端第一变截面处出现了应力集中。在瞬态电磁力和输出脉动转矩循环作用下,存在断轴隐患。提出了在变截面处采用凹圆角的加工方法,可有效的减少应力集中,提高主轴寿命。为永磁同步电机的可靠性设计提供了参考。     

永磁直线同步电机无模型自适应直接推力控制

针对永磁直线同步电机模型参数不确定且时变并且在运行过程中容易受外部扰动影响的特点,首次将无模型自适应控制理论应用到永磁直线同步电机直接推力控制中.采用无模型自适应方法,实时拟合出永磁直线同步电机运行过程中电磁推力和速度之间的时变差分方程,通过控制率函数推算出给定电磁推力,实现永磁直线同步电机无模型自适应直接推力控制.与传统的PI控制相比,无模型自适应直接推力控制算法既不需要调节PI参数,又明显减少了由于电机控制系统参数变化和负载扰动引起的速度和推力脉动,在保证了系统稳定运行情况下提高了电机控制系统对内部和外部干扰的鲁棒性.     

动圈式直线电机的高响应特性研究

针对常规电机在输出电磁力、响应时间和响应速度等特性上的不足,基于线圈组合变换的电感和电阻对时间常数和电流的影响,对动圈式直线电机的载流线圈采用分割与组合变换的方法,对其响应时间、输出位移、输出电磁力和加速度进行了数学建模和仿真分析。结果表明:在单位阶跃信号输入下,均匀分割的线圈组件通过并联设计,其位移的阶跃响应由14.6 ms以上减小到9.94 ms以内,响应速度至少增加了1倍,电磁力由原来的10.8 N增加到93.2 N,加速度也提高了8倍。     

永磁同步直线电机积分滑模控制北大核心

针对永磁同步直线电机伺服控制系统容易受内参和扰力的影响以及动态响应慢的问题,提出了一种基于幂指趋近律的改进型积分滑模控制方法。该方法在传统的积分滑模控制器基础上引入非线性项和微分项参数,采用带有边界层的函数代替符号函数,来减少滑模控制器引起的抖振,以及提高动态段跟踪能力和减少超调量。仿真和实验结果表明,与传统的三闭环PID控制相比,改进型积分滑模控制算法使系统具有更好的响应性能、跟踪性能、定位精度高和强鲁棒性,满足了半导体封装设备中XY平台直线电机伺服控制系统的高速高精度运动需求。