基于RSM的永磁驱动器偏心磁极的多目标优化

本文设计了一种具有偏心磁极结构的永磁驱动器,采用三维有限元仿真建立改进的永磁驱动器的样本空间,通过中心复合试验设计选取合适的试验点,利用ANSYS有限元分析软件对试验点处的永磁驱动器重量、涡流损耗和输出转矩进行分析计算,获取响应值。根据响应值建立改进的永磁驱动器二阶响应面回归模型。并基于该回归模型,在确保永磁驱动器输出转矩不小于额定转矩的情况下,选择重量和涡流损耗功率最小为优化目标,利用自适应权重粒子群算法对永磁驱动器偏心磁极结构进行多目标优化,得出最优结构参数组合。有限元仿真实验对比改进前后永磁驱动器的磁通密度和涡流密度分布的结果,验证了该优化方法的可行性。优化结果使改进的永磁驱动器重量与原样机相比减少了1.145 kg,涡流损耗功率减小了70.76 W,提高了永磁驱动器的传动转矩,进一步提高了系统的工作效率。

不等齿宽消弱永磁驱动器齿槽转矩的研究

针对开槽结构的永磁驱动器,提出了一种不等齿宽配合削弱齿槽转矩的方法,利用基于能量法和傅里叶分解的解析法得到不等齿宽结构的齿槽转矩解析表达式。在此基础上,通过解析法确定了齿宽比率。有限元仿真实验对比不等齿宽和齿槽均匀分布两种结构的齿槽转矩,结果表明不等齿宽法削弱齿槽转矩的效果更为显著。最后,将不等齿宽法与以往传统的斜极法进行比较,验证了不等齿宽法在实际应用中更易于实现,具有一定的优越性。

消弱永磁驱动器齿槽转矩的斜极优化方法

采用斜极结构消弱永磁驱动器的齿槽转矩,利用解析方法推导出具有斜极结构的永磁驱动器齿槽转矩解析表达式。采用Ansys有限元仿真和中心复合实验设计获取响应值,根据响应值建立斜极结构永磁驱动器的二阶响应面回归模型。并基于该模型,选择永磁驱动器齿槽转矩最小为目标,利用粒子群优化算法对其主要结构参数进行优化,得出最优结构参数组合。对斜极结构永磁驱动器分别进行了解析和优化,结果表明,优化方法可以显著地消弱永磁驱动器的齿槽转矩,避免产生转矩波动,提高了系统的控制准确度,证明所得出的结论是正确、有效的。

永磁驱动器偏心磁极的优化设计

设计了一种具有偏心磁极结构的永磁驱动器,采用三维有限元仿真建立样本空间,构建具有偏心磁极结构的永磁驱动器的最小二乘支持向量机非线性回归模型;基于该模型,选择涡流损耗最小且输出转矩最大为优化目标,利用粒子群优化算法对其结构进行优化,得出最优结构参数组合.有限元仿真实验对比改进前后永磁驱动器的径向磁通密度和涡流密度分布的结果,验证了最小二乘支持向量机和粒子群算法的参数优化方法是可行的,改进的偏心磁极结构优化了永磁驱动器的涡流路径,提高了永磁驱动器的传动转矩,进一步提高了系统的工作效率.

基于熵权与混合代理模型的永磁驱动器的优化设计

针对永磁驱动器(PMD)的结构设计问题,提出一种基于改进熵权法结合混合代理模型的优化设计方法。首先利用基于交叉验证误差的最优加权法,将响应曲面法、克里金法以及支持向量机回归结合起来,构建PMD的参数变量与响应变量之间的混合代理模型;然后引入改进的熵权法,将PMD的多指标转化为单一综合指标,并建立其优化的数学模型,通过自适应权重粒子群优化算法求解;最后对结果进行有限元仿真分析和实验室仿真平台验证。研究结果表明,所提出的优化设计方法优于其它方法,得到的PMD结构参数合理有效,较好的实现了PMD的多目标优化设计。

永磁驱动器斜极参数对齿槽转矩的影响及优化

针对开槽结构的永磁驱动器存在齿槽转矩的特点,提出一种消弱齿槽转矩的斜极优化方法。基于傅里叶分解的解析方法推导出具有斜极结构的永磁驱动器齿槽转矩解析表达式,研究了磁极斜极的主要结构参数对齿槽转矩的不同影响。以永磁驱动器齿槽转矩最小为目标,利用自适应权重粒子群优化算法对其主要结构参数进行优化,得出最优结构参数组合。最后利用ANSYS有限元仿真计算分析了优化前后永磁驱动器的齿槽转矩,仿真结果表明,优化后的斜极结构显著地消弱了永磁驱动器的齿槽转矩,避免了产生转矩波动,提高了系统的控制精度,证明本文得出的结论是正确有效的。

永磁驱动器的多目标参数优化设计

为了满足永磁驱动器在实际运行中具有较大的输出转矩和较小的涡流损耗的目的,建立了永磁驱动器的3维有限元模型,分析了永磁驱动器的主要结构参数对输出转矩和涡流损耗的影响。采用正交实验设计方法,获得了用于非线性永磁驱动器建模的样本空间。采用支持向量机建立永磁驱动器的非线性回归模型,并用多目标微粒群算法进行永磁驱动器的结构参数多目标优化,得到了最优结构参数解。有限元仿真实验对比优化前后永磁驱动器的涡流密度和受力分布的结果,验证了该优化方法用于永磁驱动器结构参数优化是可行的。优化结果使永磁驱动器可在涡流损耗较小的情况下获得较大的输出转矩,从而进一步提高系统的工作效率。

基于RSM-AGA的永磁驱动器周向开槽的参数优化设计

针对永磁驱动器工作效率较差的问题,提出一种导体盘上周向开梯形槽的永磁驱动器,采用有限元仿真确定了永磁驱动器导体盘的开槽个数,联合中心复合设计和响应面法建立了响应变量与设计变量之间的响应面模型。基于该模型,选择适当的约束条件,以传动转矩最大和涡流损耗最小为优化目标,利用自适应遗传算法对永磁驱动器的开槽结构参数进行优化。优化结果使开槽结构永磁驱动器的传动转矩与原始设计相比增加了24.439 8 N·m,涡流损耗减小了36.44 W,重量减小了3.748 1 kg。有限元仿真实验验证了开槽结构可以优化涡流路径,减少杂散电流,进一步提高永磁驱动器的传动转矩。

基于电磁-温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析

基于电磁-温度场耦合方法,分析了盘式永磁驱动器的温度场.基于电磁场解析计算建立了盘式永磁驱动器的电磁场解析模型,推导了涡流损耗公式.计算了热阻和散热系数,并以涡流损耗为热源,建立了盘式永磁驱动器等效热网络模型.预测随负载变化时盘式永磁驱动器的涡流损耗和铜盘温度的变化.解析结果与有限元结果比较表明:基于电磁-温度场耦合方法所建立的电磁场解析模型和温度场解析模型能快速、准确地预测涡流损耗和铜盘温度.

基于改进支持向量机的永磁驱动器设计

将多输出支持向量机回归方法与模糊化理论相结合,提出一种永磁驱动器的设计方法.首先,引入空间粒子群优化算法对合成核多输出支持向量回归模型参数进行寻优,在此基础上通过实验法建立了永磁驱动器的性能与结构参数的多目标回归模型;然后,运用模糊理论将多目标转化为单目标,建立了设计问题的数学模型并利用空间粒子群算法进行求解;最后,通过模型精度分析以及ANSYS仿真和样机的测试,验证了该方法的有效性.

永磁驱动器铜转子的涡流损耗分析

永磁驱动器依靠铜转子产生的涡流来实现力的传递,同时涡流导致的涡流损耗会使铜转子发热,降低传递效率.根据电磁学基本公式和磁路设计参数对铜转子的涡流损耗进行了理论分析,并与实测结果进行了对比.结果表明:合理选择铜转子参数,可以有效控制涡流损失的大小,为下一步热源优化和散热技术研究打下基础.

15千瓦圆筒形推拉式磁驱动器的优化设计

磁驱动偶合器是一种非接触型动力传动装置 .在推导出磁驱动偶合器的磁力矩公式的基础上 ,对磁偶合器的各主要部分进行各种因素分析比较 ,提出优化设计思路 ,解决了磁体长和气隙长之比问题、长径比问题、最大磁力矩和最短磁路问题、相对位移角和磁极张角的比率问题 .

微型超磁致伸缩驱动器混沌特性分析

混沌运动和准周期运动是超磁致伸缩驱动器中两种常见的不稳定性形式。本文用压磁方程和结构动力学建立了GMA系统方程,无量纲化处理后对其混沌特性进行分析,对输出响应进行仿真。用4阶龙格—库塔法求解近似解析解,并绘制系统响应随无量纲激振力f_(φ)和激励频率Ω变化的分岔图和Lyapunov指数图,以及相应的时域波形、相轨迹图、幅值谱图和Poincaré图。结果表明:激振力在区间(0,1.56)和(3.41,5)内有周期性,激励频率在区间(0,1.07)、(1.11,1.8)和(2.11,3)内有周期性。调整激励力和频率可避免混沌运动发生,从而提高驱动器的工作稳定性。

高频纳秒脉冲调制器的分立磁耦合驱动器设计

随着高压纳秒固态脉冲发生器在生物、工业和环境等领域的应用日益广泛和深入,脉冲波形、电压幅值、脉冲持续时间、脉冲重复频率等参数已成为特定脉冲功率应用所需的基本可控变量。为了进一步减小电源的体积、降低成本,提出一款以正极性Marx为主电路、多个脉冲变压器为核心驱动器、具有纳秒级前沿高重复频率的高压纳秒脉冲调制器。提出的驱动器结构紧凑,无需提供多路隔离供电的驱动电源,可以在高重复频率下实现两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)的栅极电压快速同步上升和下降,获得百纳秒以内、幅值可控的栅极驱动电压。不仅最大脉宽不受磁芯饱和的限制,而且负偏置电压使开关管可控关断,同时在一定程度上避免了电流流过MOSFET米勒电容而引起的寄生导通,提高了电路工作的可靠性。此外,研究了不同匝数和磁芯材料对驱动波形的影响。搭建了一台14级脉冲调制器样机,测试结果表明,基于该驱动器下的调制器输出电压和脉宽都连续可调,具有改变脉冲轮廓的能力,最大输出电压可达5.5 kV,脉宽调节范围为100 ns~50 ms,最小上升时间约18 ns,重复频率为100 kHz。

基于DLP投影光刻方法的PDMS柔性磁轴编码驱动器

传统的聚二甲基硅氧烷(PDMS)磁轴编码的方法依赖于固定模具单向磁化、喷墨3D打印和重编码等方法,存在编码自由度不足、编码稳定性差等问题。本文报告了一种基于数字光处理(DLP)投影光刻的紫外(UV)光固化方法,利用光敏PDMS将磁性颗粒的重定向与图案化分块UV曝光相结合,实现对PDMS材料的快速、图案化、多自由度的磁性编程。本文对该方法加工的PDMS磁轴编码驱动器的进行了性能测试,并展示了该方法在柔性变形装置与软体机器人领域的应用。

基于Prandtl-Ishlinskii模型的超磁致伸缩驱动器实时磁滞补偿控制

针对超磁致伸缩驱动器(GMA)存在复杂的磁滞非线性易降低系统性能,导致系统不稳定的问题,建立了可以精确描述磁滞现象的模型并提出了合适的驱动控制方法。首先,基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对GMA磁滞建模,并采用最小均方法(LMS)进行模型参数辨识,模型预测误差为0.037 9μm。接着,通过对PI模型解析求逆进行实时补偿控制,从而有效减小磁滞误差,补偿控制误差为0.309μm。实验结果证明,PI模型可以精确描述GMA磁滞现象,且具有计算简单,磁滞跟踪能力强的优点。基于该模型的实时磁滞补偿控制方法可以有效减小磁滞误差,提高GMA实时驱动定位控制精度,是实现GMA精密驱动控制的一种有效方法。

盘式永磁涡流驱动器解析建模和分析

在传动装置的分析与设计中,对于永磁或涡流类的设备而言,解析模型往往更加具有机理性。利用基于等效磁路法建立的盘式涡流驱动器的解析模型,分析永磁涡流驱动器的各区域磁导和漏磁,求解出气隙中的磁感应强度,进而推导出转矩公式,并分析各参数变量对于转矩变化的影响。各解析结果分别与有限元法仿真和实验测量数据进行了比较,证明解析算法的合理性和准确性,在盘式永磁涡流驱动器的优化设计和性能分析中具有十分重要的意义。

Jiles-Atherton模型的超磁致伸缩驱动器磁滞补偿控制

研究了磁滞补偿控制的方法,建立了基于Jiles-Atherton模型的磁滞补偿控制系统。介绍了Jiles-Atherton磁滞模型的主要思想及其主要参数,对该模型反向运动时磁化强度变化与磁场强度变化的对应关系进行了分析,并在此基础上,提出了利用磁滞环的宽度,通过重新给定反向起始点的迭代初值,实现磁滞补偿的方法。实验结果表明:对于阶跃响应,采用磁滞补偿时没有延迟,且达到稳态时间比不进行磁滞补偿时缩短12 ms;对于正弦响应,采用磁滞补偿时没有延迟,且均方误差比不进行磁滞补偿时提高了0.19μm,能有效消除磁滞的影响,提高定位精度。

大行程精密定位超磁致伸缩驱动器的设计与控制

实现一种新型的固态智能材料驱动大行程精密驱动器的设计和控制。基于超磁致伸缩驱动原理和柔性铰链放大机构,采用非永磁和永磁偏置驱动器粗—精驱动组合设计,研制大行程精密超磁致伸缩组合驱动器。建立永磁偏置下的电磁、永磁复合磁场激励的驱动器位移控制系统传递函数模型,实现了粗、精分级精密定位控制方法。实现一套超磁致伸缩组合驱动器原型样机,并进行了精密定位驱动试验验证测试。试验结果证明系统模型的准确性和控制方法的有效性,样机驱动行程可达0.71 mm。并测得在温升负效应情况下,控制行程在0.6 mm范围内,所设计超磁致伸缩组合驱动器位移分辨率为±30 nm,驱动位移精度达±90 nm。研究成果可广泛用于基于固态智能材料驱动的大行程精密驱动装置的设计和实现。

应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器的实验研究

针对传统油膜轴承位置精度低和稳定性差的问题,研究开发了应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器。设计并搭建了试验台,实测了驱动器的静态性能和动态性能。实验结果显示超磁致伸缩驱动器在常态磁场强度下可以产生与油膜厚度同一数量级的位移输出和较宽的静态调节范围;在2 000 Hz的激励电压作用下有良好的频响特性。说明所研制的超磁致伸缩驱动器能够用来控制油膜轴承的间隙,满足油膜轴承所支承转子的减振频率需要。