三自由度气浮平面电机非线性运动控制研究

长行程多自由度气浮平面电机广泛应用于高精度场合,如半导体制造装备、超精密仪器等.但气浮平面电机存在系统噪声大、易受外界干扰的问题,采用高增益线性控制器可有效抑制低频干扰,但会放大系统噪声.针对上述问题,为进一步提高运动与定位精度,提出一种基于轨迹跟踪误差幅值的变增益非线性控制算法,并采用扫描函数法证明所提方法的稳定性.当误差值大于阈值时,利用较大的附加增益以消除低频误差;反之,利用小增益以避免放大高频系统噪声.轨迹跟踪实验结果表明,相对于线性控制算法,非线性控制算法作用下跟踪误差小于1μm,有效提升了系统的轨迹跟踪与定位性能,在增强系统抑制低频干扰能力的同时降低了对噪声的敏感性.     

平面电机自适应加速度前馈运动控制

为解决在较大加速度运动条件下,固定不变的加速度前馈系数难以提高平面电机加、减速阶段的伺服性能的问题,提出一种基于比例微分控制器输出与目标加速度的自适应前馈系数求解方法.采用最小二乘法,根据运动过程中比例微分控制器输出与目标加速度数据集,对前馈系数进行在线修正.通过引入遗忘因子,使得前馈系数与基于当前位置的动态特性更加匹配.分别采用沿y、x方向的不同加速度轨迹,在最大加速度为20 m/s2时,加、减速段的最大轨迹跟踪误差为0.56 μm.该方法完全基于在线运动控制实验,实现了无需电机模型参数的前馈系数求解.     

复合电流驱动的永磁同步平面电机

提出一种新型复合电流驱动的永磁同步平面电机,简单介绍了该平面电机的结构和原理,利用标量磁位和边界条件对永磁阵列所产生的磁场进行解析分析,分别推导出电磁力和反电动势的表达式,建立电机的数学模型。在实验室条件下,设计制造一台样机并进行相关实验研究,通过对比试验和仿真结果,验证了解析设计的合理性。     

开关磁阻电机平面运动控制系统的分析与控制

提出了基于开关磁阻电机原理的平面电机设计方案,构建了平面开关磁阻电机运动控制系统平台.与传统的X-Y工作平台不同,该平面电机无须将两个方向的运动方式进行叠加,而是在两个垂直运动方向上构造直接驱动式运动控制系统.采用三维有限元分析方法对电机的特性进行分析,仿真和实验的结果表明,电机在各相不存在耦合效应,从而每一相可以单独进行控制,简化控制算法.在分析电机特性的基础上,提出了一种双环PID控制方案.双环PID控制方法与传统PID控制方式相比,具有动态误差随频率增高而降低的特点,从而使电机适用于运行在频率变化的输入指令环境下.     

开关磁阻轮毂电机非线性建模及驱动控制仿真

针对开关磁阻轮毂电机气隙偏心产生的不平衡径向力对车辆平顺性造成的不利影响,提出一种基于电流斩波的脉冲调制控制（PWM）的方法抑制开关磁阻轮毂电机不平衡径向力,从根本上改善车辆平顺性。首先通过Ansoft Maxwell 对一台8/6极四相开关磁阻电机进行有限元分析,在获取电机特殊位置电感数据的基础上,采用傅里叶级数拟合的方法建立开关磁阻电机非线性模型,并与有限元分析结果做对比验证了该模型的准确性。在此基础上建立开关磁阻轮毂电机驱动模型和轮毂电机驱动电动汽车机电耦合一体化模型,将所提出基于电流斩波的PWM控制方法与传统电流斩波控制方法对车辆平顺性影响做对比,仿真结果显示基于电流斩波的PWM控制方法能有效降低开关磁阻轮毂电机不平衡径向力的大小,在提高电机输出转矩的同时改善轮毂电机驱动电动汽车平顺性。     

复合电流驱动永磁同步平面电机的设计方法

提出一种新型复合电流驱动的永磁同步平面电动机方案,介绍了该平面电动机的结构形式、运行原理和特点。针对其特殊结构形式和工作原理,研究该类型平面电机的设计方法。确定了该平面电机的主要尺寸,并推导出主要尺寸的计算公式。对平面电机线圈和永磁体的设计分别进行了研究,并分析了线圈截面高度和永磁体厚度对平面电机性能的影响。依据所提出的设计方法,加工制作了一台样机,并进行了相关实验,通过分析比较实验结果,验证了设计方法的合理性。     

开关磁阻直接驱动式电机非线性建模研究

本文根据开关磁阻直接驱动式电机磁链特点，选取适应的电流和位置角的函数，利用最小二乘法拟合了电机磁链的数学模型，通过MATLAB仿真研究，对有限元方法和此模型计算的磁链进行了比较，结果证实了建模的可行性。     

基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机驱动电路研究

介绍了一种新型基于压电陶瓷平面内应变特性的多自由度超声波电机，该电机通过两个平面内的弯曲振动模态的叠加实现转子绕Z轴的转动；并利用伸缩振动模态分别与上述弯曲振动模态叠加实现转子绕X轴和绕Y轴的转动。设计了一种基于直接数字频率合成器(DDS)原理的电机驱动电路，该电路利用在FPGA元件实现的DDS阵列产生四路正弦激励信号，并采用高压运算放大器进行功率放大。该驱动电路的特点是各路驱动信号幅值和频率及驱动信号之间的相位差均可以独立调整。电机样机的机械特性实验以及调节特性实验结果表明该驱动电路满足驱动基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机的要求。     

永磁同步直线电机驱动控制技术研究

摘要本文主要研究永磁同步直线电机在转子磁场定向id=0和SVPWM的控制策略下的驱动控制技术，并就直线电机的特殊性在速度控制上采用了相应的控制方法。在以上的控制思想的基础上搭建了软硬件系统，并进行相应的实验。     

单边磁拉力对电机转轴挠度影响的计算

电机定子中心与转子轴心不重合时,定、转子之间的气隙将会出现偏心现象。在一般情况下,气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10％是允许的,但过大的偏心值会产生很大的单边磁拉力,导致电机转轴挠度的增加,进而影响电机的临界转速,但许多电机设计人员在计算电机转轴的挠度时,往往忽略单边磁拉力对于挠度的影响,为此,介绍了单边磁拉力产生的原因及对电机转轴挠度影响的计算过程。     

双电机驱动关节的线性化控制研究

本文基于齿轮传动系统存在的齿隙非线性问题,提出了一种双电机驱动双主动齿轮啮合同一从动齿轮的驱动方案。设计了双电机协调控制算法,包括力矩线性化控制算法与单速度环速度反馈线性化控制算法,解决了电机齿轮传动系统运动过程中的齿隙非线性问题。本文首先介绍了双电机消隙原理与控制方案,然后建立双电机系统控制模型进行分析,最后搭建仿真模型进行控制方案的验证。仿真结果表明,本文所提出的双电机控制方案可以有效地解决齿轮传动中的齿隙非线性问题。     

平面超声波电动机的研究

提出了一种新型平面超声波电动机.电动机采用单定子十字正交纵弯夹心换能器结构,4个驱动足位于相应端部第一个弯曲驻波的波腹处.借助有限元法,分析电机结构参数对纵振和弯振特征频率的影响趋势,调整结构参数将纵弯模态特征频率简并至22463 Hz.建立驱动足运动轨迹的数学模型,借助有限元瞬态分析,对驱动足振动轨迹进行仿真,实现对所建立振动轨迹数学模型的验证.     

永磁直线电机驱动的斯特林制冷机温度控制策略研究

采用单相永磁直线电机驱动的自由活塞斯特林制冷机,其温度响应惯性大、延迟大,且易受环境温度和负载扰动影响,传统控制策略参数整定复杂,难以达到理想控制效果.本文将智能PID控制算法应用于斯特林制冷机温度闭环控制中,引入模糊控制、遗传算法、神经网络等智能算法对传统PID控制参数进行优化,实现控制参数的自适应整定.仿真和实验结果证明,智能PID温度控制策略具有响应速度快、稳定性高、抗干扰能力强等特点.     

永磁无刷直流电机驱动的压力机伺服控制系统研究

针对螺旋压力机转动惯量大、启动-制动频繁的特点和转矩的高动态控制问题,分析了压力机的机械结构和工作原理,提出了一种基于永磁无刷直流电机驱动的压力机伺服控制系统,建立了系统的电机-负载模型,设计了基于前馈和PID闭环的控制器,其中PID作为基本的控制器,主要实现系统校正和抗干扰的功能,前馈回路提供系统所需的主要增益,在不影响控制系统稳定性的前提下可以缩短指令响应时间,同时采用基于Buck降压斩波变换器的PAM调速方式来抑制永磁无刷直流电机的转矩脉动.实验与仿真验证了控制方法的有效性.     

平面电机的海尔贝克型直线电机执行器

平面电机的电磁执行器由4组海尔贝克(Halbach)型永磁同步直线电机构成。介绍平面电机的结构和工作原理,给出执行器样机的结构方案和解耦电磁力方程,推导执行器样机的运动控制方程,并提出执行器的电流控制策略,给出电流控制、静态力测量、开环定位、闭环定位的实验步骤和结果,其中,500 mA电流阶跃响应的调节时间为2.5 ms,稳态误差小于5 mA;海尔贝克型执行器的机电常数实测值为17.4 N/A,为径向阵列型执行器的1.36倍;开环定位的平均误差为50 mm;闭环10 mm阶跃响应的调节时间为350 ms,稳态误差小于20 mm。实验结果表明,海尔贝克型执行器的电磁力模型较准确,电流控制策略可行。     

Halbach型平面电动机的直线电动机执行器研究

Halbach型平面电动机的电磁执行器由四组直线电动机构成.文章首先介绍了平面电动机和直线电动机执行器样机的结构,提出了执行器的电磁设计方案.然后引入了执行器的解耦电磁力模型,并提出了电磁力的电流控制策略,最后进行了执行器的电流控制和开环定位实验,实验结果表明执行器电磁力的电流控制策略可行,电磁力模型较准确.     

高速电动门无刷电动机驱动控制策略研究

介绍了以无刷直流电动机为驱动电机,C8051F310为控制核心的电动门的控制策略,该控制策略有效地降低系统成本.     

一种超声波电动机直线平台的研究

设计制作了一种双定子直线型超声波电动机，进行了定子的优化设计及振动模态分析。介绍了一套使用该电机直接驱动的一体化工作台。对预压力的施加方式和预压力与推动力之间的关系进行了研究。实验结果表明，该平台能够实现平稳往复运动。     

基于心室功的血泵电机控制系统

利用TMS320F240控制器高效处理能力,结合血泵驱动电机的特点,采用“硬件软化”的指导思想,设计血泵驱动控制系统,实现无传感器控制血泵。试验表明,控制系统性能稳定,符合受体生理特征,对开展血泵生理控制研究有一定借鉴作用。