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控制系统非脆弱鲁棒控制的研究

由于磁悬浮永磁直线电动机控制系统存在参数变化、扰动的不确定性以及控制器参数的摄动,因此对该电动机控制系统提出非脆弱鲁棒控制,以实现数控机床磁悬浮永磁直线电动机驱动系统的精密控制。建立包含磁悬浮永磁直线电动机参数摄动和外界干扰的状态空间模型;基于Riccati不等式,推导出满足非脆弱鲁棒性能指标的H∞控制器的解析表达式;在Matlab环境下对控制系统进行仿真研究,仿真结果表明磁悬浮永磁直线电动机控制系统对参数和扰动的不确定性以及对控制器参数摄动具有鲁棒性,实验结果验证了该控制方法的有效性。

磁悬浮永磁直线同步电动机的有限元分析

针对数控机床直线电动机驱动系统中动子与导轨之间的摩擦问题,提出采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现无摩擦进给的方法.该电动机的动子上有两套绕组,一套为推力绕组,用于产生电磁推力;另一套为悬浮绕组,用于产生可控的磁悬浮力.采用Maxwell应力张量法推导了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型,并采用Ansoft对不同永磁材料电动机的电磁推力和磁悬浮力进行有限元分析.计算结果验证了数学模型的正确性,证明了采用磁悬浮双绕组永磁同步电动机实现无摩擦进给的可行性.

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。

直接磁悬浮永磁直线电动机运行机理研究

为了消除直线电动机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种靠自身产生的磁悬浮力来解决数控机床进给系统的悬浮问题的新型直接磁悬浮永磁直线同步电动机。采用虚位移法建立其瞬态场中推力及磁悬浮力解析表达式,并且利用有限元软件ANSOFT对电动机进行了建模及分析,将解析计算结果与ANSOFT的计算结果进行比较,证明了采用虚位移法所建立模型的正确性,同时仿真结果也证明该直接磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生解耦的并且可控的推力和悬浮力,实现无摩擦进给。

一种磁悬浮永磁直线电动机的电磁力特性

为消除直线电机数控机床进给系统的摩擦阻力,提出一种自身产生磁悬浮力的磁悬浮永磁直线同步电动机。从描述磁介质的分子环流假设出发,用毕奥-萨伐尔定理导出永磁体外部空间磁场分布的解析表达式,并基于由磁荷法和虚位移法给出的永磁体磁力数值积分公式,推导出电机悬浮力波动的解析模型,说明斜极对电机悬浮力的影响。利用Maxwell 3D软件建立三维有限元瞬态分析模型,结果证明该磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生独立并可控的推力和悬浮力。进一步建立斜极结构下电动机的三维有限元模型,分析结果表明采用斜极结构可以有效的减小电机推力和悬浮力的波动。

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。

直接磁悬浮永磁直线电动机的鲁棒控制

为了削弱直线电动机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种新型的直接磁悬浮永磁直线同步电动机。首先利用有限元软件Ansoft对电动机进行了建模及分析,结果表明该电动机可以产生可控的悬浮力和推力。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,进而可以将电动机的伺服控制系统分成两个独立的子系统。分别针对实现进给与悬浮的特殊要求研究系统的控制策略,建立适合磁悬浮子系统和进给伺服子系统的鲁棒控制模型。对于悬浮子系统采用二自由度鲁棒控制策略,仿真结果表明该控制策略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;对于直线进给系统采用基于LMI的H∞鲁棒控制策略,仿真结果表明用该方法设计的进给伺服系统,既能保证系统对外部扰动具有良好的抑制作用,又能保证对参数不确定性的鲁棒性,从而实现数控机床的高性能无摩擦进给。

直接磁悬浮永磁直线电动机无摩擦进给的研究

提出采用直接磁悬浮永磁直线电动机来消除数控机床进给系统的摩擦阻力实现无摩擦进给,对直接磁悬浮永磁直线电动机的结构和磁悬浮原理进行了论述,建立了磁悬浮永磁直线电动机的磁场分层模型,在此基础上,从磁场能量出发通过虚位移法推导出磁场和电磁力的表达式。利用Ansoft Maxwell 2D瞬态电磁场计算软件,对直接磁悬浮永磁直线电动机的空载磁场,以及负载运行时的气隙磁密和电磁力进行仿真研究。结果表明,采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现数控机床无摩擦进给是可行的。

基于场路耦合的磁悬浮永磁直线电动机控制系统

为了解决数控机床进给系统的摩擦问题,采用一种磁悬浮永磁直线电动机来实现无摩擦进给.建立磁悬浮永磁直线电动机的电压、磁链、推力和运动的数学模型及控制系统的场路耦合仿真模型,运用Ansoft软件中的Maxwell和Simplorer对磁悬浮永磁直线电动机控制系统进行场路耦合的联合仿真,并研究磁悬浮永磁直线电动机加速、刹车与反向运行过程.仿真结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机控制系统具有良好的跟踪和抗扰性能,为深入研究整个系统的相互耦合以及搭建实验平台提供了依据.

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。

磁悬浮永磁直线电动机驱动系统电压空间矢量控制的研究

为实现对磁悬浮永磁直线电动机的精确控制,对其驱动系统提出空间矢量脉宽调制(SVPWM)的控制方法,以保证获得圆形磁链。首先,在电压空间矢量控制原理的基础上,给出判断参考电压矢量所在扇区的方法;其次,计算相邻两工作电压矢量的作用时间,得到作用时间赋值表;再次,按照开关切换次数最少的原则确定电压空间矢量的作用顺序;最后,用DSP2812完成SVPWM算法,并对该控制系统进行实验研究。理论分析与试验结果表明,采用电压空间矢量控制方法能够实现磁悬浮永磁直线同步电动机驱动系统的平稳控制。

基于LMI的磁悬浮永磁直线电动机H_∞鲁棒控制器的设计

针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于线性矩阵不等式(LMI)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,根据H∞性能指标与线性矩阵不等式的等价性,将设计问题转化为对LMI的求解,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,为了验证设计的有效性,在MATLAB环境下应用Simulink建立系统的仿真模型,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。

磁悬浮永磁直线电动机非脆弱鲁棒H_∞控制器设计

基于线性矩阵不等式(LMI)理论,提出设计非脆弱鲁棒控制器来抑制不确定因素的影响以及控制器参数摄动。首先,采用矢量控制方法中的i d=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,根据H∞性能指标与线性矩阵不等式的等价性,将控制器设计转化为对LMI的求解。最后,为了验证其有效性,在MATLAB环境下对控制系统进行仿真研究。通过研究可知,非脆弱鲁棒控制器能在容许的增益摄动下以及存在不确定性干扰时,系统不仅具有鲁棒性而且还是非脆弱的,从而保证闭环系统具有良好的鲁棒性。

数控机床永磁直线电动机磁悬浮运行机制研究

为实现数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行,须对电动机的电磁推力和悬浮力进行实时控制。电磁推力和悬浮力的计算是数控机床磁悬浮永磁直线同步电动机设计及控制的基础。根据数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行机制,推导出电动机的电磁推力和悬浮力与电流之间关系的数学模型。并用Ansoft对电磁推力和悬浮力进行有限元分析,将解析计算结果与Ansoft的计算结果进行比较,验证了数学模型的有效性与正确性,为数控机床永磁直线同步电动机磁悬浮控制系统的分析与设计提供依据。

磁悬浮直线电动机H_∞鲁棒控制器及其蚁群算法优化设计

磁悬浮永磁直线电动机在结构上取消了机械传动的中间环节,具有磁悬浮和直接驱动的特点.针对磁悬浮永磁直线电动机由于悬浮高度不同,在磁悬浮和直接驱动运行过程中存在自身参数摄动和外界干扰突出的问题,设计基于蚁群算法的H_∞鲁棒控制器,以保证系统对这些不确定性具有良好的鲁棒性.建立包含磁悬浮永磁直线电动机参数摄动和外界干扰的状态空间模型.推导出无须满足正则条件约束的Riccati不等式,给出H_∞鲁棒控制器的解析表达式.针对H_∞控制器中加权矩阵选择的困难,采用蚁群算法对加权矩阵进行寻优.最后在MATLAB环境下对控制系统进行仿真研究.仿真实验表明基于蚁群算法的磁悬浮永磁直线电动机控制系统的性能比优化前有较明显改善,说明该方法的可行性和有效性.

直接磁悬浮直线电动机的三维分析及优化设计

为了消除直线电机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种靠自身产生的磁悬浮力来解决数控机床进给系统悬浮问题的直接磁悬浮永磁直线电动机.采用四面体等参元来建立电机三维场中的基本方程,利用Maxwell3D软件建立瞬态三维有限元分析模型,得到了电机的推力与悬浮力,证明了该直接磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生可控的推力和悬浮力.实验结果表明,通过对电机动子尺寸进行优化设计,可以有效地降低电磁力的波动.

永磁同步直线电动机动子清洁装置的设计

针对永磁同步直线电动机在矿山运输系统中动子吸附铁屑和磁性尘沙的问题,现提出了一种可以安装在定子上的清洁装置,通过设计清扫吸附装置的结构,应用有限元仿真软件计算动子吸附铁屑和磁性尘沙的受力情况,使用流体仿真软件计算清洁装置清除动子表面铁屑和磁性尘沙所需的风量和风速。通过清洁装置的样机试验表明,清洁装置具有良好的清扫和吸附铁屑、灰尘的能力,达到永磁同步电动机永磁体动子表面清洁的效果。

考虑端部效应的动子无源型Halbach磁悬浮永磁直线电机电磁力分析

针对光刻机等高精确度定位平台无摩擦、无接触、无噪声需求,提出一种采用动子无源型平移和悬浮一体化Halbach磁悬浮永磁直线电机以实现定位平台的无摩擦悬浮及长距离定位运动。为了精确分析该类电机的悬浮力和推力特性,提出一种考虑动子永磁体端部效应的电机磁场解析模型并采用傅里叶分解法得到Halbach阵列永磁体磁场解析式。基于此磁场解析模型,通过洛伦兹力法得到了动子电磁力解析模型,并基于正交分解法推导了电机悬浮力和推力解耦的电磁力模型。结合有限元仿真对建立的电磁模型进行了对比验证,在此基础上,设计并制作了一台10极12槽样机,通过搭建实验平台进行推力和悬浮力测试,将实验测试值与有限元仿真值和解析值对比验证了所提出方法的准确性和快速性。