永磁直线同步电机推力波动优化及实验研究

由边端力、齿槽力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)运动性能的主要因素。通过优化电机动子长度方法降低边端力,采用分数槽结构方法降低齿槽效应引起的齿槽力,利用有限元方法计算PMLSM法向吸力,并采用傅立叶级数进行非线性回归分析,得到PMLSM推力波动统一公式。实验表明PMLSM进给单元推力波动实验值与理论值基本一致。证明了优化理论及分析方法的正确性。因此,在实际应用中,可利用得到的公式对推力波动进行补偿,提高永磁直线同步电机的运动性能。

永磁直线同步电机进给系统H_∞控制策略的研究

针对永磁直线同步电机(PMLSM)永磁体磁链为常数的特点,对PMLSMdq轴模型进行分析,提出了永磁直线同步电机进给系统的动力学方程及推力控制策略.根据进给系统参数变动范围和扰动力的特性,选择了较优的权重函数,设计了稳定性与品质的混合H∞鲁棒速度控制器.并采用系统灵敏度函数及开环传递函数的Bode图分别检验H∞控制器的抗扰动能力及稳定性.仿真和实验结果表明,设计的H∞速度控制器对模型摄动具有鲁棒稳定性及优良抗扰动能力,进给系统运行稳定可靠,响应速度快和指令跟踪能力强.说明设计的H∞鲁棒速度控制器适合磨床PMLSM进给系统.

磨床PMLSM进给单元鲁棒非线性控制器研究

为了解决永磁直线同步电机(PMLSM)进给单元模型摄动大、扰动力复杂的问题,设计了一种全局稳定的非线性控制器.为了增加系统的稳定性及跟踪性能,该非线性控制器充分利用了位置偏差及其积分、速度及其偏差以及参考输入的二次导数等信息,构建了Lyapunov函数来检验非线性控制器的稳定性.仿真和实验结果表明,该非线性控制器的误差跟踪、速度响应等性能远远优于传统的内嵌式PI控制器,该控制器对系统的模型摄动具有鲁棒稳定性,抗扰动能力强,并减小了不同切削深度引起的速度波动.

永磁直线同步电机进给系统模糊PID控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)永磁体磁链为常数的特点,对其d-q轴模型进行分析,提出了永磁直线同步电机进给系统的动力学方程。结合传统PID控制和模糊控制的优点,根据永磁直线同步电机直接进给系统的非线性和可能的不确定性因素,建立PID参数自调整的推理规则,设计了永磁直线同步电机进给系统的模糊PID控制器。仿真和实验结果表明,模糊PID控制器与传统PID控制器相比具有更好的动态稳定性和跟踪性能,对外界干扰具有较强的鲁棒性。

无位置传感器表面式永磁同步直线电机初始位置估计新方法

由于表面式永磁同步直线电机没有凸极性,无位置传感器控制时,估计动子初始位置非常困难。该文针对表面式永磁同步直线电机,提出了一种新的初始位置估计方法。在电机静止时,给电机注入幅值和相位可以控制的电压矢量。保持电压矢量一定的幅值不变,使其相位以较低的频率旋转。电压相位和电机直轴重合时,产生的电磁推力超过负载阻力,电机有一微动,由于反电势的作用电流就会降低,通过检测电流矢量的变化来估计动子的初始位置。这种估计方法不受电机参数的影响,也不需要增加任何硬件。仿真和实验表明给电机注入可控的电压矢量可以估计出动子初始位置,实现零速平稳起动。

皮卫星星箭分离机构运动系统设计

为实现"皮星一号A"卫星无干涉分离,达到分离初始姿态要求,对皮卫星星箭分离机构运动系统进行了分析设计。首先,根据皮卫星与凸轮限位机构间的受力情况和能量守恒定理确定了凸轮轮廓尺寸和分离弹簧结构参数,在此基础上建立了星箭分离过程动力学模型,通过对动力学模型的数值计算确定满足无干涉分离条件的舱门扭簧弹性系数。星箭分离过程的仿真计算和试验校验了"皮星一号A"星箭分离机构可实现无干涉分离,皮卫星初始速度、角速率均满足所提出的各项初始分离姿态要求。

基于粗糙集理论的数控机床智能故障诊断研究

面向数控机床智能化发展需求,提出了基于数据挖掘技术的智能故障诊断方法.建立机床智能诊断单元的系统框架,框架由状态监控及特征信号采集、历史故障数据分析及诊断规则获取、故障推理机制3个功能模块组成.重点研究诊断规则的获取技术,提出了基于粗糙集理论的故障诊断决策规则生成算法.算法充分利用信息决策系统的特性,通过简化对不必要属性和核心属性的分析,并引入回溯思想计算约简集,有效降低了属性集约简的计算复杂度,提高规则求取效率.在建立规则库的基础上,引入基于证据理论的信息融合技术,解决多传感器故障监测数据与诊断规则准确匹配的问题,建立故障推理机制.实例研究证明该方法可行.

表面式永磁直线同步电机初始位置检测方法

由于表面式永磁直线同步电机没有凸极性,当无位置传感器控制时,检测动子初始位置非常困难.利用绕组电感饱和效应,即由于磁路饱和引起的电感随动子位置角变化的规律,检测表面式永磁直线同步电机动子的初始位置.给电机施加相同幅值、不同相位的电压矢量,考虑绕组电感饱和效应,当电压矢量相位和动子位置一致时,直轴电流响应最大.通过观测直轴电流响应的最大值,即可估计电机初始位置.这种估计方法不受电机参数的影响,也无须增加任何硬件.实验表明,给电机注入可控的电压矢量,利用绕组电感饱和效应,可以估计出动子初始位置,估计精度能够满足永磁直线同步电机平稳启动的要求.

数控机床旋转轴转角定位误差测量方法

为实现多轴数控机床空间误差的补偿,提出一种基于球杆仪组合路径的数控机床旋转轴转角定位误差的测量方法.根据转角定位误差敏感方向,通过组合切线测量和平动轴圆轨迹测量方法,无需机床空间误差模型和繁琐的误差解耦计算,便可直接辨识转角定位误差.采用模型仿真验证该方法的可行性和对照实验验证可靠性.实验结果表明组合路径测量方法的辨识结果与激光测量结果吻合较好,两者的测量结果差异δ≤0.007 8°.该方法测量过程操作简单、辨识原理直观易懂,可用于机床旋转轴定位精度的评估以及为误差补偿提供依据,从而提高机床加工精度.

基于内模控制的永磁直线同步电动机速度控制

基于内模控制原理,在建立永磁直线同步电动机(PMLSM)非参数模型基础上,设计了PMLSM内模控制器。通过理论分析和仿真确定了决定内模控制器性能的参数取值范围,并进行了实验验证。结果表明,PMLSM内模控制系统跟踪调节性能好、鲁棒性强,能消除不可测干扰的影响。

基于AEKF的永磁直线同步电机速度和位置估计算法

为实现永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)进给系统的无位置传感器控制,必须估计出电机的速度和磁极位置。提出一种通过电机端电流和端电压估计PMLSM速度和位置的方法——状态增广的扩展卡尔曼滤波(state augmented extended Kalman filter,AEKF)估计方法。该方法将电阻参数作为状态变量,通过扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)估计方法对电机速度、磁极位置和电阻值同时进行估计,从而降低了电阻参数对估计结果的影响。实验表明,AEKF估计方法可以准确地估计电机速度和位置,基于AEKF的PMLSM进给系统无位置传感器控制具有良好的动态响应特性。

用于加速度计静态标定的精密倾斜平台

提出一种用于加速度计静态标定的精密倾斜平台装置,利用直线电机驱动,将直线电机的线位移转换为台面的角位移。建立了装置的理论模型并介绍了其测控系统,分析了影响定位精度的因素。台面静态误差主要受温度、重力影响;制造和装配误差通过线位移与角位移的转换关系影响系统精度;动态误差主要受轴承跳动影响,导轨运动的误差可以忽略不计。通过实验研究得出影响系统精度的主要原因,并给出了误差补偿的方法。结果显示误差主要来源于电机和转动部件的装配误差,经软件补偿后,在-3 600″^+3 600″,定位误差均小于±2″。

每极每相槽数小于1的永磁直线同步电动机负载特性及其参数的有限元分析

永磁直线同步电动机(Permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)采用每极每相槽数小于1(q<1)分数槽结构,解决了运行的平稳性,这种直线电动机的高推力密度特性是PMLSM设计分析的关键问题。基于此,为了分析PMLSM的负载特性,建立基于二维磁场方程的PMLSM有限元分析模型。采用开放边界条件,将边端漏磁对PMLSM的影响加入有限元模型中去,提高了分析精度。从时空相量图出发,设定q<1分数槽绕组的三相电流分布,采用松弛因子法调节α角,对PMLSM额定负载推力进行迭代计算,得到采用瞬时电流法计算的PMLSM负载特性及其参数。同时对试验样机进行参数实测,将有限元计算结果和实测结果进行比较。结果表明,有限元分析模型能够确定PMLSM的负载特性,并获取PMLSM的参数以及功角特性,交、直轴同步电感参数对PMLSM的运行控制具有很大参考意义。

皮卫星及其星箭分离机构的热-结构耦合与间隙设计

对皮卫星与星箭分离机构进行了热结构耦合分析,以便合理地设计皮卫星与导轨面间的配合间隙,确保皮卫星安全可靠分离。在充分考虑皮卫星发射过程中卫星、地球、太阳三者几何关系的基础上,计算了皮卫星及其星箭分离机构在卫星发射过程中所吸收的外热流;通过有限元分析求解了卫星发射过程中的温度场和热变形情况。基于上述工作,设计了皮卫星与导轨间的配合间隙。分析结果显示:受冷黑环境和传导热流影响,卫星与导轨背阴面变形较大,但皮卫星外壳和导轨面总体并未发生大的扭曲形变;在600N和300N预紧力作用下,皮卫星与导轨面间的配合间隙最大变化量分别为62.3μm和63μm。根据分析结果合理选择了配合公差。得到的结果表明:皮卫星及其星箭分离机构在高低温试验后能正常分离,在轨星箭分离姿态与仿真结果吻合,实验结果验证了卫星与导轨间配合间隙设计的合理性,可用于指导皮卫星星箭分离机构的结构设计和热控制设计。

基于Pareto最优解的非对称转向机构双目标优化

根据四向叉车的转向需求,设计适用于四向叉车的非对称转向机构;为了同时提高非对称转向机构纵向和横向转向性能,分别建立非对称转向机构纵向四轮转向和横向两轮转向的转向运动数学模型,并且构建纵向四轮左、右转向非对称性约束;以接近Ackermann理想转向为优化目标,建立非对称转向机构双目标优化函数,采用改进的粒子群优化(PSO)算法求解非对称转向机构双目标优化的Pareto最优解。优化结果分析算例表明纵向和横向转向性能可分别提高32.1%和38.9%,为非对称转向机构优化设计提供有益的理论参考。

基于DSP的永磁同步直线电机无位置传感器控制系统

为了实现永磁同步直线电机的无位置传感器运行,以采样得到的电机三相电压和电流信号为输入信号,利用TM S320F2812 DSP,计算出电机动子的位置信号,作为控制系统的反馈信号。在DSP硬件功能和电机动子位置估算方法的基础上,完成了系统的硬件架构设计和软件流程设计。

微热压印成型过程缺陷研究

为了获得更好的压印质量,对聚合物微热压印成品缺陷产生的原因进行了研究.采用有限元法(FEM)模拟冷却阶段和脱模阶段产生的缺陷,分析结果显示,由于聚合物和模具间不同的热膨胀系数,在冷却阶段极易产生很大的热应力集中,而一直保持压印力将会加剧应力集中效应,导致微结构在底部出现断裂.在脱模阶段由于模具和聚合物表面黏附作用的影响,高深宽比结构脱模时容易产生断裂、颈缩现象.手动脱模时容易造成微结构产生倾斜,而常规的脱模装置会造成微结构产生翘曲变形,影响成品质量。根据分析结果设计了气动自动脱模装置,并对压印工艺进行了优化,在随后的实验中成功制得了高质量的高深宽比微结构.

零件质量在机测量系统综合评价体系

通过分析制造标准差和测量系统标准差及其比值这3个指标在不同情况的接受准则,构建综合评价体系区间分布图.根据测量数据在区间分布图的区域分布,分析制造系统过程能力、测量系统测量能力和测量精度,判定在机测量系统是否可行,并提出改进意见.将提出的零件质量在机测量系统综合评价体系,应用于自主研发的电机端盖自动化生产线的在机内径检测与评价.改进后的过程能力指数提高到1.18,测量能力为11.29%,测量精度为9.64%,自动化生产线具有较高的生产效率和经济性,满足产品批量生产的要求.结果表明:在机测量系统综合评价体系在对零件自动化生产线测量系统的评价方面具有很好的可行性和实用性.

零件质量在机云检测无线终端设计

针对数字化闭环制造过程中的零件质量检测环节,设计了一种应用于零件质量在机检测系统的无线检测终端。首先介绍了零件质量在机云检测系统架构,接着给出了无线终端的功能需求,然后介绍了终端的硬件模块选型、系统设计,软件模块和流程设计以及WiFi网络上位机配置软件。终端硬件部分以嵌入式STM32芯片为核心,集成了RS485现场通讯、WiFi和GRPS无线网络通讯等模块,软件部分封装了质量数据采集、数据格式处理、无线网络通讯、现场设备控制、GPIO接口等模块。研究结果表明,系统作为连接现场设备和云端服务器的关键部件,可以用于生产过程的零件质量数据采集和远程设备监控,实现云计算模式下的零件质量控制。

g<1永磁直线同步电动机齿槽力波动的径向基神经网络预估器

永磁直线同步电动机(Permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)齿槽力是影响电动机性能的主要因素之一,特别是在高精度,低速情况下,问题尤为突出。根据q<1分数槽绕组PMLSM结构,采用有限元法计算齿槽力的影响,建立以径向基神经网络为基础的PMLSM齿槽力预估器,其学习算法首先采用快速模糊C均值算法(Accelerated fuzzy C-means,AFCM)对数据进行聚类,选取基函数传播因子,再由最小正交平方算法(Orthogonal least squares learning algorithm,OLSA)选取中心矢量,该预估器与带动量的BP网络(Back propagation neural net- work,BPNN)预估器相比较表明,能够在加快网络学习速度的前提下,保证精度,缩小网络规模,提高网络分类能力。试验结果表明,采用q<1分数槽绕组PMLSM能够有效地减小齿槽力的影响。预估器的建立,能够在设计阶段对PMLSM齿槽结构参数进行有效地预估,使得电动机在满足推力波动指标条件下,实现快速敏捷设计,提高PMLSM的整体设计水平。