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。     

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统H_∞鲁棒控制器的设计

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组可以实现推力与悬浮力的解耦,进而可以对电动机的悬浮子系统进行独立控制。针对悬浮子系统为非线性被控对象,以及存在不确定性未知扰动的特性,对悬浮系统数学模型进行输入输出解耦线性化,通过设计H∞鲁棒控制器来满足悬浮系统控制高精度,高鲁棒性的要求。仿真结果表明,该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性。     

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统模糊 PID控制器的设计

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组,可以实现推力与悬浮力的解耦,进而实现对电动机悬浮子系统的独立控制.针对悬浮子系统为非线性被控对象以及存在不确定性未知扰动的特性,设计模糊PID控制器,并将其应用到悬浮子系统位移环中,以满足悬浮系统控制高精度、高鲁棒性的要求.仿真结果表明:该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性.     

磁悬浮永磁同步电动机的电磁力密度波及振动噪声研究

磁悬浮永磁同步电动机具有无机械摩擦和磨损,可以达到长寿命的高速或超高速运行,但电动机工作时需要不停地对磁悬浮电磁合力进行抗负载干扰调节,由此产生的电磁振动和噪声也比常规永磁同步电动机大很多,不可忽视。提出一种开口圆弧段定子绕组的永磁同步电动机,由4个这种电动机并联悬浮支承同一转子并驱动其旋转构成整体的磁悬浮永磁同步电动机;针对圆弧定子绕组式的磁悬浮永磁同步电动机进行电磁振动噪声研究,建立电动机气隙磁场及电磁力密度波的分布模型,基于电磁力密度波优化电动机绕组参数,并对电动机振动和噪声进行仿真研究。通过仿真结果可知,优化后的电动机在保证电磁性能的前提下其振动噪声也降到了合理水平。     

磁悬浮直线电机三维有限元分析及优化设计研究

磁悬浮式运动平台易于实现大范围高精度的微运动,适合应用在精密加工和超精密测量领域。为了抑制磁悬浮直线电机电磁力谐波分量对控制系统的影响,提高磁悬浮运动平台的动态性能,以HALBACH型永磁同步直线电机为研究对象,提出了一种改进的直线电机动子HALBACH永磁阵列结构。利用有限元软件建立直线电机三维有限元模型,得到了电机水平推力和悬浮力波形,最后对电磁力波形进行了谐波分析。分析结果表明,采用优化的动子结构有效减小了直线电机电磁力波动,有利于提高磁悬浮运动平台的控制精度。     

基于三阶反馈控制器的永磁同步电动机控制方法

为提高永磁同步电动机的角速度控制准确度,设计三阶反馈控制器对其进行控制。分析永磁同步电动机的结构特征以及磁场的回路特征。利用永磁同步电机的转动角速度,得出其运动模型。基于定子电感和电阻,求取绕组为对称状态下转子的状态方程。将电机的角位置引入到该状态方程中,得出永磁同步电动机的全阶数学模型。以此全阶数学模型为基础,计算出永磁同步电动机角位置的三阶模型。构造三阶反馈控制器,通过目标角位置求取电机的输入电压,以控制其角速度。采用滑模观测器与所设计的方法对目标角位置和角速度进行跟踪测试。结果表明:该方法的跟踪效果优于滑模观测器,能够更准确地跟踪目标角位置和角速度,可对永磁同步电动机的角速度进行准确控制。     

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。     

高温超导YBCO块材临界电流密度与悬浮力磁滞的关系

高温超导磁悬浮车系统利用处于超导态的高温超导块材与永磁轨道相互作用产生的钉扎力使磁悬浮车稳定地悬浮于永磁轨道上方,块材的性能决定了悬浮力的磁滞特性。利用数值计算的方法计算悬浮于永磁轨道上方的YBCO块材的悬浮力,分析了临界电流密度与悬浮力磁滞及最大悬浮力的关系。结果表明,块材悬浮力磁滞随着临界电流密度的增加而减小,当临界电流密度增加到一定程度,悬浮力磁滞消失;块材最大悬浮力随临界电流密度的增加而增加,当临界电流密度增加到一定程度,最大悬浮力趋于饱合。     

基于线性化解耦的永磁直线伺服系统H∞鲁棒控制器的设计

对数控机床永磁直线伺服系统速度跟踪问题,提出基于线性化解耦的H∞鲁棒控制器的设计.永磁直线同步电动机由于模型的非线性和变童间的耦合给系统的控制带来困难,在速度跟踪控制中,采用状态反馈线性化方法来实现模型的精确线性化和动态解耦.利用非线性坐标变换和非线性反馈将系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.进而,通过设计H∞鲁棒控制器来实现速度跟踪控制.仿真结果表明,用该方法设计的数控机床永磁直线伺服系统具有良好的速度跟踪性能.和干扰抑制性能.     

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.     

直接驱动型磁悬浮直线进给单元

介绍一种机床功能部件——直接驱动型磁悬浮直线进给单元的原理与特点,该功能部件由直线电动机提供驱动力,由磁悬浮导轨导向和承载工作台,可满足数控机床高速化、精密化要求。并简述其研究现状和分析其关键技术问题。     

不影响永磁直线同步电机推力的磁阻力优化

针对永磁直线同步电机的精确运动控制问题,提出了一种在不影响推力的情况下抑制电机磁阻力的方法.首先,对具有横向和纵向磁通的双边磁通永磁直线同步电机机构进行分析,并对永磁体动子移动时的磁阻力变化进行推导;其次,通过在两个永磁体动子之间引入90°的相位差,以消除端部效应对推力谐波分量的影响,并通过电枢绕组的重新布置来保持原有...     

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。     

一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构);最后,通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性,并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明:该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案,实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。     

永磁同步电主轴电机电磁与控制策略仿真分析

以一种新型卧式永磁同步动静压电主轴为研究对象,对电主轴电机进行电磁及控制策略设计与分析.对电机的主要尺寸和转子、定子等结构的电磁参数进行数值计算,利用ANSYS Maxwell软件对电机进行有限元仿真.针对电机结构特点,设计滑模转速控制/前馈解耦内模-PI电流控制的控制策略.利用MATLAB/Simulink软件搭建永...     

新型高频动圈式直线力马达的研究

直接反馈两级滑阀式电液伺服阀的动圈式直线力马达存在质量比较大、电磁力小、响应时间长和响应速度慢的问题。通过分析传统动圈式直线力马达的永磁体放置方法及其永磁体磁化方向,发现磁力线分布不均匀,磁通密度低,而且与线圈电流方向不垂直。在现有的技术基础上,提出根据磁力线方向的异同在轴向放置3组线圈,形成一种新型五环型Halbach磁化阵列动圈式直线力马达。静态磁场与动态特性的仿真结果表明:新型直线力马达产生的电磁力提高2.5倍左右,阶跃响应时间为6 ms,频宽达到277 Hz。     

基于ASGSO的数控机床进给伺服系统分数阶控制

为满足数控机床对加工精度的要求,针对交流永磁同步电机驱动的进给伺服系统在不同工况下存在的扰动、摩擦、变负载、惯性力矩等非线性问题,设计一种自适应步长的萤火虫算法(ASGSO)优化的分数阶PID控制器(ASGSO-FOPID)。FOPID控制器相比传统控制器动态性能突出,能够对非线性环节进行更好的控制。利用ASGSO算法全局搜索能力,获得最优数控机床进给伺服系统分数阶PID控制器参数。建立数控机床进给伺服系统模型,分别采用PSO-FOPID、状态转移STA-FOPID、ASGSO-FOPID控制进给伺服系统进行对比。仿真和实验结果表明：提出的ASGSO-FOPID控制器具有跟踪速度快、抗干扰能力强、精度高等优点,该方法能够有效地提高数控机床的定位精度和加工精度。     

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.     

基于超声波悬浮支撑的高速电机的设计

设计了利用单项支撑转子超声波悬浮的高速电机,采用压电换能器、永磁同步电机主轴,换能器辐射端面与主轴悬浮支撑帽均采用锥度相同的圆锥形结构,以保证主轴高速旋转时高度自动定心。测试结果表明:当超声波电源输出功率在500 W时,主轴转速达到20 000 r/min以上,悬浮间隙超过100 nm,大于两接触面粗糙度总和,主轴运转平稳,无接触摩擦噪声,不存在电磁耦合所导致的转矩波动和径向振动问题。