洛伦兹力磁悬浮织针驱动器设计与仿真

为解决织针三角驱动中存在摩擦、冲击等问题,并避免引入电磁力非线性影响,设计了一种基于洛伦兹力的磁悬浮织针驱动器。首先提出了驱动原理并推导了数学模型,利用ANSYS软件进行电磁有限元分析;然后设计了执行调节(PID)控制器并在MatLab/Simulink中进行控制系统仿真,最后搭建了实物平台进行实验。结果表明:驱动器工作区域磁场均匀稳定,电磁力满足驱动要求;织针轨迹与预期吻合,仿真误差在±3.5μm之间;织针可以达到集圈高度,且响应迅速、平稳无振荡,测试误差在±10μm之间。洛伦兹力磁悬浮织针驱动器可以消除织针运动中摩擦、振动和冲击,并且与磁阻力磁悬浮织针驱动器相比控制系统简单、线性度好,控制精度可达到微米级。     

洛伦兹力磁悬浮织针驱动器结构设计

目前针织机械因刚性接触会产生较大的振动和噪声等,并且织针轨迹由三角决定,更改复杂、数字化水平低。文章基于洛伦兹力磁悬浮技术提出一种新型织针驱动器,建立驱动原理、设计驱动结构,通过实物试验验证驱动器合理可行,使织针悬浮运动从根本上削弱摩擦与冲击、提高织针运动的精度与稳定性。同时织针运动轨迹可通过上位机控制更改,提高了织针驱动数字化水平,为实现纺织品制造小批量、多批次的柔性化生产提供思路。     

磁悬浮式驱动织针的原理及结构设计

在传统的针织机选针提花原理基础上,提出了电磁—永磁悬浮的新型悬浮织针模式,并将其引入选针机构,提出了轴向磁悬浮式织针驱动理论。该理论的核心是将电磁力直接作用在织针上,从而实现了从传统的多级传动到零传动模式的织针驱动原理。详细论述磁悬浮式织针模型运动分析和磁悬浮式织针装置结构设计,为进一步研究新型针织机的选针驱动原理提出一种参考。     

高速磁悬浮式织针工作平台架构及实践

结合新型磁悬浮驱动织针理论及模型,针对磁悬浮驱动机理及各种模型,设计实际应用的磁悬浮式织针驱动实践平台。基于模拟开关芯片和功放芯片架构驱动电路,设计在一个周期内的电流正反向驱动电路。结果表明,基于双通道的模拟开关芯片能驱动磁悬浮式织针,在一个周期内实现织针的高速成圈和浮线功位,织针高速编织往复动作可达到近20 Hz,同时输出驱动波形任意可调,可广泛应用于其他电路设计中。     

磁悬浮式驱动织针热传导的研究与分析

针对磁悬浮式驱动织针运动过程中温度变化导致的散热问题,从摩擦热流生成、温度场与应力场的数值计算等方面提出织针滑动摩擦的分析方法,揭示磁悬浮式驱动织针发生热失效的机理.以ANSYS14.0有限元分析软件为仿真平台,建立织针装置的参数化模型,分析织针在成圈、集圈及浮线3种运动过程中的瞬态温度分布和应力分布.结果表明:3种运动状态刚完成时瞬态的最低温度分别为13℃、17℃、18℃,最高温度分别为46℃、59℃、63℃,满足织针材料对温度的要求;织针最大应力在x方向为3.12×10-4 MPa,表现为压应力,满足织针材料对强度的要求;可为磁悬浮织针选材和结构设计提供参考.     

大行程磁悬浮织针驱动结构研究与仿真分析

基于单个磁悬浮驱动织针原理,提出多级螺线管永磁织针驱动方式。将永磁织针等效为单层通电螺线管,并根据安培定则计算其在多级通电螺线管中所受电磁力大小,分析并计算永磁织针在不同结构的多级螺线管中所受轴向电磁力的大小。通过Ansys Maxwell有限元仿真软件建立多级螺线管驱动织针模型,并对模型进行磁场分析,研究不同结构参数多级螺线管驱动织针模型对永磁织针产生的驱动力以及永磁织针的最大上升高度,获得一种大行程驱动织针的多级螺线管驱动模型。     

磁悬浮式驱动织针的关键技术与试验模型

为了解决传统织针机械编织效率过低,能耗较高的问题,基于提花圆机技术,提出新的磁悬浮式驱动织针原理,通过对磁悬浮驱动织针运动轨迹的分析及仿真,得出织针运动的位移、速度以及加速度曲线,并通过对系统建模,得到电磁、永磁织针之间的作用力关系。设计并完善驱动装置,基于实际E24针织提花机研究对象,验证磁悬浮驱动织针装置的编织效果。实验证明：基于新型磁悬浮方式织针编织,编织效率比传统方式提高近17%左右,同时编织工艺和轨迹得到优化。关键词: 磁悬浮式驱动织针;选针关键技术;编织机构;以电代机;试验模型     

基于STM32的磁悬浮织针控制设计与仿真研究

结合磁悬浮织针的驱动模型,在电磁铁磁铁-织针结构的基础上,针对驱动磁悬浮织针的电磁线圈电流的控制,设计一种基于STM32和全桥驱动电路的磁悬浮织针电磁线圈电流闭环控制器.并在Simulink软件中建立控制系统和PID调节仿真模型,在给定电流激励的条件下,获得了电磁线圈电流响应时的序图,仿真结果表明,该控制器能够对织针悬...     

电磁阵列式织针驱动结构研究与仿真

介绍传统电脑横机的织针驱动结构、织针磁悬浮驱动结构、新型电磁铁阵列驱动结构的基本原理。针对传统针织横机编织原理存在振动大、能耗高的缺陷,在单磁铁-织针结构的基础上,设计一种新型电磁阵列式织针驱动机构。根据电磁理论分析,建立永磁织针的空间受力模型,推导出电磁线圈阵列作用下空间任意点的磁感应强度数学表达式,并利用Ansys Maxwell电磁仿真软件,仿真电磁铁阵列在水平移动过程中永磁织针轴向受力的变化规律。该研究可为电磁阵列式永磁织针驱动方法和电流参数设置提供理论参考,为新型横机的设计与制造奠定理论基础。     

磁悬浮驱动织针受力模型与磁力耦合研究

基于磁悬浮式驱动织针编织原理,建立磁悬浮式驱动织针的力学模型。针对多织针高速编织模式下磁力分布模型及热应力场等多物理场耦合作用对织针的影响,基于安培环路定律,建立电磁力与气隙之间的关系曲线,运用Ansys有限元软件,分析织针的应力、应变对编织工艺的影响。结果表明,多织针磁力分布模型中,磁悬浮织针的针筒高度设计为16 mm时,磁场的屏蔽效果最佳,为后续开展磁悬浮驱动织针实践应用提供技术支持。     

磁悬浮式驱动织针原理及试验方法探讨

在分析针织提花机传统选针原理和磁悬浮技术的基础上,提出一种新的磁悬浮式驱动织针模式,该模型以电磁-永磁混合驱动为基础,对电磁驱动织针进行编织原理研究与试验方法探讨。验证了磁悬浮式驱动织针模式下选针方式的可行性;同时对试验数据进行分析,验证悬浮驱动理论模型的正确性。将单织针控制原理扩展延伸到多织针控制,并对多织针悬浮驱动模式的控制策略进行探讨,为实现磁悬浮式驱动织针实用化奠定基础。     

基于STM32的磁悬浮织针无线测距采集系统

针对磁悬浮织针驱动模型中磁悬浮织针轴向水平位移参数,设计一种基于STM32的磁悬浮织针编织运动位移测量的无线传输系统。使用ATK-ESP8266无线模块,STM32ZET6为核心控制芯片实现磁悬浮测距无线传输功能。系统采用HG-C1050测距仪结合ADS8344对磁悬浮织针位移数据采样,Wifi模块的TCP透传方式无线传输数据给计算机端,基于QT自主开发框架设计完成位移实时监测软件。结果表明：利用TCP透传可实现计算机端磁悬浮织针驱动仿真系统与测距仪间通讯,高效且精准获取磁悬浮织针编织中位移测量数据,降低无线采集成本并解决传统串口传输系统在疫情条件下的空间局限性。     

轴向磁悬浮驱动织针结构电磁场的仿真分析

基于磁悬浮驱动原理,根据毕奥-萨伐尔磁场基本定律,分析并计算同轴放置的双级线圈轴线上任一点的磁场及其在不同气隙高度下的磁场作用力,并应用高斯计对双级线圈间的场强进行试验,对比试验数据与理论计算结果,两者基本一致。在Ansys电磁耦合模块中建立了双级线圈电磁-永磁驱动模型,对模型间的磁场进行仿真分析,得到在磁悬浮驱动织针结构下,永磁体所受电磁力随自身悬浮高度变化的曲线关系,并给出单针筒电磁-永磁间磁场分布云图。     

磁悬浮驱动织针的控制算法与试验过程研究

在传统针织提花圆纬机选针装置的基础上,提出了使电磁与永磁混合力直接作用于织针上,建立悬浮织针"零级传动"代替"多级传动"的针织提花织针理论。通过对磁悬浮驱动织针运动轨迹的分析及仿真,得出织针运动的位移、速度以及加速度曲线,并通过对系统建模,得到电磁、永磁体之间的作用力关系。从理论上对织针悬浮系统的数学建模进行了详细描述,并对织针往复运动的可行性进行了试验,对单织针悬浮控制系统的控制策略进行论述。揭示了利用磁悬浮驱动织针实现特定编织运动轨迹的可行性,为取代传统"机械式多级传动"编织原理,提供了一种新的驱动织针模式研究方法。     

磁悬浮式驱动织针电磁力研究及线圈轮廓优化

基于磁悬浮式驱动织针编织原理,建立永磁体外磁场模型及永磁织针磁力模型。针对织针轴向运动时磁场分布及磁力对织针的影响,基于磁力驱动原理、磁源性质及线圈轮廓变化下永磁织针驱动的特点,建立永磁织针轴向受力与轴向位移的关系曲线和线圈轮廓与永磁织针受力的内在联系,运用Ansys Maxwell仿真软件,分析电磁线圈截面轮廓变化对织针电磁力与轴向位移曲线的影响,优化线圈轮廓。结果表明,改变线圈轮廓外形可构建出平缓的电磁力-轴向位移曲线。     

高速磁悬浮式织针运动控制规律研究

针对新型针织提花设备工艺,研究磁悬浮式织针在狭小空间内的运动规律,分析电磁-永磁驱动特性,结合悬浮系统结构和驱动性能,建立电磁-永磁驱动模型。阐述悬浮织针的驱动计算模型,包括织针上升、下降成圈过程中运动轨迹的模型分析,以及电磁线圈轴线上的磁场驱动分析。通过设计仿真平台,对成圈阶段的运动轨迹进行仿真,计算织针在变加速条件下,驱动、加速度、速度、功位位移之间的关系,为悬浮式织针精密功位编织提供理论基础及试验模型。     

混合磁悬浮织针驱动的永磁织针磁场分布规律

为研究横机织针混合磁悬浮驱动的空间磁场分布规律,通过构建圆柱形和长方体形2种永磁织针结构,根据安培环路定理,将永磁体等效为纵向的多圈电流环结构,并据此推导出织针垂直向上运动至空间任意位置的磁感应强度。在此基础上利用有限元电磁仿真软件对永磁织针模型进行仿真,同时搭建织针空间磁场强度实验测量平台进行数值测量。通过对比计算、仿真和实验测量发现:在圆柱型永磁织针中,厚径比越大,磁感应强度越大;在长方形永磁织针中,厚度不变磁感应强度随着长宽比增大而减小。     

高速磁悬浮驱动方式下新型织针PID控制设计

基于磁悬浮机理,根据以往提出的新型驱动提花圆机织针的磁悬浮理论及模型,探讨针织提花机的磁悬浮PID控制模型机理,建立高速运动下编织织针的运动模型。针对高速模型下的不稳定成圈和集圈动作,实现离散自适应反馈补偿并建立移植模型,整个系统利用Matlab分析织针控制和驱动方式,获得提花圆机织针运动仿真效果。仿真试验结果表明,利用离散PID控制方案,系统具有较好的动态性能,可满足高速运动模型下磁悬浮式提花机织针驱动方式的要求,实现织针稳定成圈和集圈编织功能。     

织针磁悬浮控制系统中的加速反馈算法研究

结合针织提花工艺,开展悬浮式驱动织针理论及织针运动特性研究,实现电脑提花针织装备电磁选针控制。研究在狭小空间内电磁-永磁磁场对织针运动特性的影响,设计了一种基于加速度性能改进选针装置的控制算法,将织针轨迹的输出直接引入反馈控制,使悬浮控制系统在不同加速曲线段上有精确的表达式;利用离散微分器,从间隙信号中提取微分算子,使实际控制算法得以实现。为针织提花装备提供理论基础及质量稳定可靠的通用选针器。     

密绕线圈阵列结构对悬浮织针驱动性能的影响

为了改善织针的驱动性能,通过对密绕线圈阵列结构分析,确定悬浮织针的驱动结构,以提高空间磁场强度和悬浮织针驱动力;并根据毕奥-萨伐尔定律,推导密绕线圈阵列结构的电磁模型,分析计算不同密绕线圈结构及阵列方式在中心轴线上任意位置的磁感应强度,以及不同气隙高度下永磁织针的电磁驱动力;利用电磁仿真软件建立密绕线圈阵列结构驱动模型...