三自由度永磁同步平面电机的控制策略

在介绍三自由度平面电机的结构和工作原理之后,提出执行器的电磁力方程和平面电机的运动控制方程,推导合外力和执行器水平电磁力的转换方程,提出平面电机的三自由度解耦控制策略.设计三个自由度的位置伺服控制算法,进行单自由度定位和三自由度同时定位实验.平移运动的上升时间为0.1 s,稳态误差为10 μm,旋转运动的上升时间为0....     

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.     

平面弯曲内嵌式形状记忆合金电机的位置控制系统研究

SMA电阻与温度存在严重的非线性，导致平面弯曲型ESMAA位置控制精度较低。采用两片应变片互补对称的配置方式设计了曲率传感器；结合电机形变分析模型对具体操作进行了规划，形成可达空间上的系列操作点，计算弯曲曲率，进而得到加热电流脉宽；采用 B 样条算法，完成了电机的路径规划，形成电机的连续运行路径。在分析比较P+、PI＋控制算法基础上，充分考虑电机的非线性因素，选取了分段多模式 PI 控制策略，实现电机的精密位置控制。阶跃实验表明，e =2m-1，KP = 0.05，KI = 0.006，Umax=0.8，T=15.4ms，目标曲率 18m-1 时，上升时间约 0.55s，超调量小于 2.0%，稳态误差小于 0.5m-1，满足控制精度要求。     

一种无铁Halbach型永磁直线电机

提出一种用于驱动高精度平面电机的无铁永磁直线电机结构,并制作了同尺寸的Halbach阵列型和径向阵列型样机进行对比研究。分析了Halbach永磁阵列和径向永磁阵列的磁场,提出了直线电机的解耦电磁力方程,对两种样机的静态推力、空载反电动势、闭环定位特性进行了对比实验研究。与径向阵列型样机相比,Halbach阵列型样机的推力常数提高1.37倍,反电动势幅值提高1.5倍且波形正弦性较好,达到相同动态性能指标时,控制电流幅值降低1.4倍。理论分析和实验结果表明,Halbach永磁阵列可增大无铁直线电机的气隙磁通密度,改善磁场分布的正弦性能。     

磁悬浮平面电机的解耦控制策略

用于光刻加工的磁悬浮平面电机的6个运动自由度之间存在着紧密的电磁和力学耦合。为实现各运动自由度的解耦控制,提出了直线电机型电磁执行器的电流控制模型、基于模式力的解耦动力学模型和平面电机解耦控制策略。模式力使各自由度的动力学模型不再存在耦合,且都为简单的2阶线性系统。设计了样机的X位置伺服控制器,仿真结果表明该控制器使解耦后的X位置控制达到了预期的动、静态性能,并具有良好的抗扰性和鲁棒性。     

基于扰动补偿的电机模拟器电流控制策略

针对传统PI控制的低通滤波特性对电机模拟器动态控制效果的限制以及传统开环控制策略易受参数扰动影响的问题，该文提出一种基于滑模扰动观测器的开环电流控制策略。首先，根据目标电机数学模型以及接口电路模型推导出不带微分计算的开环控制电压方程；其次，为了解决传统开环控制易受参数扰动影响的问题，设计滑模扰动观测器进行扰动观测；最后，通过实验对比了该文所提控制策略与PI控制和传统开环控制的控制效果。实验结果表明，在存在参数扰动时，该文所提的控制策略无论在瞬态或稳态工况，均比基于传统PI控制和开环控制策略的电机模拟器系统具有更高的模拟精度与准确性。     

开关磁阻平面电机虚拟样机设计与仿真研究

为了探索平面电机设计、研究的新方法,采用虚拟样机及其仿真技术,设计了开关磁阻平面电机的三维虚拟样机,论述了SRPM的组成结构和工作原理。建立了具有电流和位置负反馈的双闭环智能控制系统,对SR-PM虚拟样机进行了机电一体化联合仿真研究,优化了控制参数和结构参数,给出了有价值的分析和研究成果。实验结果证明SRPM虚拟样机具有良好的动态特性和较小的位移跟踪误差。     

基于阶跃激励稳态响应的感应电机匝间短路故障诊断方法研究

针对感应电机匝间短路故障,提出了一种基于阶跃激励稳态响应的故障诊断方法,并开展了理论与实验分析.首先,针对单相激励下电机不同绕组发生短路的情况,开展了对应电路网络的分析,推导了阶跃响应下电流的解析方程.其次,分析了故障对通路、支路电流阶跃稳态数值的影响,探究了特征矢量空间位置的移动规律.再次,提出了基于阶跃激励稳态响应的故障指标,并利用仿真数据开展了故障指标的数值计算.最后,搭建了实验平台,讨论了不同故障程度、外部干扰下的故障指标测试结果.研究表明,在调速感应电机静止的情况下,提出的方法能够实现定子状态的可靠、便捷诊断,降低了方法对硬件的需求,提高了实际应用价值.     

基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统

研究了一种基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统,该系统将矩阵变换器的优点与交流电机矢量控制的优点相结合,实现了感应电机的高性能调速.调速系统的控制策略由两大部分组成,即矩阵变换器的间接空间矢量调制策略和感应电机按转子磁场定向的双闭环矢量控制策略.为有效控制感应电机的定子电流,双闭环矢量控制策略中采用了一种基于反馈解耦及补偿的电流环控制策略,可对转矩电流和励磁电流进行有效解耦和准确调节.实验证明了控制策略的可行性和有效性.     

基于反熔丝FPGA的纯开环星载步进电机驱动器设计

为了提高运动机构的稳定度,步进电机驱动控制通常采用电流细分的方法,从而将一个步距角分解成若干小步。实现步进电机电流细分驱动通常的方法是将电流闭环引入到驱动控制电路中,由此增加电流采样、比较等软硬件功能模块的同时也增加了单机的复杂度,削弱了步进电机本质上开环驱动的优势。为了提高宇航型号步进电机驱动控制器单机的可靠度,提出了一种基于反熔丝FPGA的纯开环驱动方案,通过预置占空比的方式,在不引入电流闭环的前提下实现步进电机电流细分。通过样机调试,验证了设计的有效性,为后续工程研制提供参考。     

超精密工作台洛伦兹电动机优化设计

洛伦兹电动机广泛应用于超精密制造装备中。为提高洛伦兹电动机的推力输出和快速响应性能,降低发热功率,提出了一种综合评价超精密工作台驱动电机性能的优化指标。基于该优化指标,采用COMSOL Mu l-tiphysics和M atlab联合仿真方法,对一种Halbach磁钢阵列构型的洛伦兹电动机进行了尺寸参数优化设计。样机实验证明,优化后的洛伦兹电动机推力可以达到26.3 N/A,同时保证电气时间常数小于1 m s。     

基于模式力的平面电机控制方法

半导体光刻加工中,平面电机的6个运动自由度之间存在着紧密的电磁和力学耦合,为实现对这6个运动自由度的解耦控制,首先提出了作为执行器的直线电机的电流控制模型,接着提出了执行器力、模式力的概念和基于模式力的解耦动力学模型.基于对样机的运动学和结构参数的合理假设,模式力法可使6个运动自由度的动力学模型之间不再存在耦合,且都为简单的2阶线性系统,可采用多种线性控制器来进行控制.针对样机,推导出了模式力矢量与执行器力矢量的关系矩阵以及平面电机的解耦控制框图,最后以X位置控制为例设计了PD控制器,并对基于模式力的控制方法的可行性进行了探讨.     

基于Halbach阵列的无槽直流伺服电机电磁设计

介绍了Halbach阵列结构原理,讨论了基于Halbach结构的高效率无槽直流伺服电动机电磁设计的主要思路,用JMAG-Designer 软件对常规磁体布局和Halbach阵列磁体的无槽直流伺服电机进行了有限元仿真分析对比,通过样机实验结果验证了使用Halbach阵列提高电机效率的方式的正确性。     

Magnetically Levitated Planar Actuator With Moving Magnets

This paper concerns the design, optimization, and commutation of a six-degree-of-freedom planar actuator with an active magnetic bearing. The planar motor has a stationary coil array and a translator with a Halbach magnet array. During movements in the $xy$ plane, the set of energized coils changes with the position of the translator. In this paper, a method for the electromagnetic design of this type of actuator is discussed, and several topologies are compared. The best performing topology in terms of power dissipation and force and torque ripples has been manufactured and successfully tested.      

离散Halbach永磁电动机气隙磁通密度特点及其空载电动势波形优化

利用离散Halbach阵列气隙磁通密度分布特点,合理选择电动机转子结构参数,对发挥永磁体潜力至关重要。文中采用电磁场有限元数值计算方法,揭示离散Halbach阵列气隙磁通密度的谐波和基波与每极磁体数、磁体厚度以及极对数之间的变化规律。并以此为依据设计样机一台,实验结果验证了有限元模型的正确性。同时进一步以样机的结构参数为基础,对反电动势进行优化,提出一种削弱集中非叠绕组结构空载电动势谐波的方法,为离散Halbach阵列集中非叠绕组电机设计提供参考。     

有限转角力矩电动机转矩分析和优化

提出并设计了一种5N·m直流有限转角无刷力矩电动机,对该电动机的基本结构进行了研究,给出了电磁转矩的计算方法,使用Magnet软件对电动机主要参数进行优化设计,进行了样机试制.样机测试结果表明,该电动机输出力矩大,可满足精密焊接设备直接驱动器的要求,具有比较重要的应用前景.     

集成绕组结构短行程直流平面电机

提出集成绕组结构短行程直流平面电机(integrated winding structure short-stroke DC planar motor,IWSDCPM).该结构新颖的平面电机基于洛伦兹力原理运行,具有结构简单、定位精度高、推力波动小、响应速度快等特点.与永磁同步平面电机相比较,更适合应用在高精密平面定位场合.介绍电机结构并阐述三自由度驱动原理,利用磁荷模型和镜像法对气隙磁场进行解析,获得电磁推力解析表达式,通过有限元仿真对电机推力和偏转转矩进行计算,制作一台样机并进行静态推力实验.仿真结果和实验结果均与理论计算相符,验证了理论分析的有效性.     

基于高精度电感法的无刷直流电机起动及反电动势同步检测稳定性研究

提出了一种基于电感法的高精度定位方案,在不增加定位电流脉冲数量的基础上将定位精度由原先的60°电角度提高至30°电角度,并消除了电机因工艺问题导致的相绕组参数不一致对检测的影响。设计了一种新颖的切换算法,可在极短时间内稳定可靠地切换到闭环。讨论了反电动势的同步检测方案,通过理论分析和仿真对比了PWM导通和PWM关断时刻检测反电动势过零信号方法的区别,并对干扰因素提出了补偿方案。样机实验验证了所提方案的稳定性和可靠性。     

永磁同步推进电机电磁振动分析

依据Maxwell应力方程推导了永磁同步电机径向电磁力的解析表达式,分析归纳了电机内各阶次、各频率径向电磁力的来源。以一台45槽10极永磁同步推进电机为例,分别建立了电机电磁有限元模型和结构有限元模型,并进行了模态分析;将电磁有限元模型中得到的径向电磁力耦合到结构有限元模型中,对电机进行了电磁振动谐响应分析;最后将样机实测加速度频谱与有限元仿真结果进行对比,验证了径向电磁力解析式及电磁振动有限元仿真结果的正确性。