双边聚磁式槽口型永磁直线电机多目标优化研究

聚磁式槽口型永磁直线电机是一种将永磁体置于初级侧槽口的一种新型直线电机,适合于低速大推力的应用场景。在运行过程中,该电机不可避免地产生较大的推力和法向力波动。提出一种新型双边结构,分析该电机的工作原理和影响电磁力波动的因素,结合有限元法与解析法,依次分析了电机叠厚、次级高度、永磁体厚度、初级齿宽、次级槽宽对电机推力大小、推力和法向力波动的影响。基于响应面法,以减少推力和法向力波动、保证大推力为优化目标,得到电机优化参数,将优化前后电机特性进行对比分析。

有铁心永磁直线电机初级匝间短路故障分析

在有铁心永磁直线电机(permanent magnet linear machines,PMLM)初级匝间短路故障分析中,对初级短路环电流的分析十分重要。该文提出采用磁动势–气隙磁导模型与电枢绕组故障等效模型结合的解析方法,计算任意初级位置发生的匝间短路故障短路环电流。首先根据永磁、电枢磁动势与开槽情况下的气隙磁导函数分别计算通过短路环的永磁、电枢磁链,然后通过矢量合成法得到短路环中的实际磁链以及瞬时短路电流。基于有限元方法证明解析法的正确性并探究不同短路故障匝数、不同短路故障位置对电机性能如短路环电流、相电流、推力的影响。最后制造一台样机验证有限元分析、解析法计算结果的正确性。

永磁直线电机保证稳态精度的模糊控制

由于PD型模糊控制器缺少积分项,所以稳态的控制精度不容易得到保证。本文提出了一种保证稳态精度的模糊控制方法以提高传统模糊控制器的稳态控制精度。这种模糊系统能够选择运行一个传统的模糊控制器或者一个积分控制器,当运行积分控制器的时候,此积分控制器与一个稳态输出值的和为控制系统输出。根据不同的状态水平,在传统模糊控制器和稳态值输出之间可以进行平滑的切换。对于PMLM控制系统,当接近稳定状态的时候,保证稳态精度的模糊控制系统的输出是稳态值和变量值这两部分的和。实验结果显示这种保证稳态精度的模糊控制系统比传统的PID控制器和单个传统的模糊控制器在速度控制中可以获得更好的动态和静态性能。

永磁直线电机磁场研究现状及展望

重点分析PMLM磁场分布的解析法及数值法的优缺点,阐述考虑PMLM齿槽效应的齿槽区线性化法,指出半解析半数值法是PMLM磁场分析方法的发展趋势,其中有限元-解析混合法较能满足PMLM磁场求解的精度和快速性要求。

一种新型双层绕组无铁心永磁直线电机的优化设计

为了提高推力密度,提出一种新型双层绕组无铁心永磁直线电机(DW-IPMLM),其磁极采用Halbach结构,电枢双层绕组的每层为端部非重叠集中绕组,双层叠置后的绕组系数能与端部重叠的分布绕组相接近。首先,介绍了一种9线圈6磁极新型DW-IPMLM的拓扑模型,随后采用遗传算法优化设计了其结构参数。通过对比不同槽极配合结构的绕组系数,表明提出的9线圈无铁心DW-IPMLM采用6个磁极具有最好的电磁性能。最后,制造了样机来验证分析结果。结果表明,提出的DW-IPMLM避免了端部重叠分布绕组复杂的端部结构,不仅缩小了电机体积,而且有效提升了推力密度。

每极分数槽永磁直线电机的槽极数配合研究

每极分数槽永磁直线电机(PM linear motors,PMLMs)采用端部不重叠的集中绕组,具有绕组端部短、铜耗低、推力密度高等优点,在数控机床、半导体加工等领域应用广泛。针对12槽/11极与12槽/10极的两种PMLMs,阐述了每种电机采用单边型或双边型、所有齿绕绕组或交替齿绕绕组的4种可行结构,建立了有限元分析模型,分析了平均推力、推力波动与结构参数之间的关系。此外,还重点分析了双边型结构PMLMs在两侧磁极位置错位时的力性能,提出了基于最小推力波动与推力比值的最佳错位位置。通过详细的对比分析,得到了单边型与双边型每极分数槽PMLMs推力波动与推力比值最小的最佳方案,研究结果为该类电机的优化设计及应用提供了参考依据。

自抗扰控制在永磁直线电机控制中的应用

针对在工业中广泛应用的PID控制器的特点及存在的问题做了分析,并介绍了自抗扰控制技术的原理、结构、以及控制器的设计.对一个永磁直线电机在考虑将电机耦合视为内扰及外部摩擦干扰情况下的具体实例给出了采用自抗扰控制技术的仿真结果.同时对简化的电机模型也给出了采用PID调节的仿真结果.结合仿真结果可以看到自抗扰控制器的抗干扰性和鲁棒性都优于经典PID控制器.

凹型端齿削弱永磁直线电机端部力波动方法

结合端面磁通函数和虚位移法推导PMLM端部效应产生的单端推力波动和法向力波动的解析表达式,揭示端部效应引起的推力波动和法向力波动的规律。通过对傅里叶级数的分析,提出反相位补偿原理的凹型端齿结构,该结构能消除推力波动和法向力波动的奇次谐波,解决传统的优化动子长度削弱推力波动但带来电机纵向"俯仰运动趋势"的缺点,同时还能消除动子横向"俯仰运动趋势"。最后以齿槽效应较弱的12槽11极PMLM为例,采用有限元仿真和实验验证,结果证明该方法能够削弱端部效应产生的法向力波动和推力波动。

基于MFAC的永磁直线电机的优化控制技术研究

引入无模型自适应控制方法,利用其只需要受控系统的输入和输出数据就可以完成控制器的设计的优势,从而解决了未建模动态对PMLM的控制系统的影响。同时运用神经网络去抑制扰动,并利用小波对系统输出中的噪声进行处理,进一步对扰动进行抑制。

双V型结构削弱永磁直线电机磁阻力波动方法

磁阻力是单边平板型永磁直线电机(PMLM)推力波动的主要组成部分,影响了其在精密驱动领域的应用,为此,提出双V型结构削弱端部效应和齿槽效应产生的推力波动的方法。首先分析齿槽磁阻力和端部磁阻力的波动规律;然后基于积分法推导齿槽效应磁阻力与磁极的V型深度之间关系。接着针对特定深度的V型磁极,推导端部效应磁阻力与V型端部电枢铁心V型深度的关系。最后,以12槽10极PMLM为例,采用有限元仿真和实验验证,结果证明该方法能够有效削弱端部效应和齿槽效应产生的磁阻推力波动。

永磁直线电机微铣削系统的设计和性能研究

介绍了自行研制的小型超精密数控微铣削系统构成。针对该系统着重讲述采用永磁直线电机作为驱动源的精密滑台部分的结构及数控系统设计。经伺服环调节及性能实验验证,系统具有优良的动、静态控制性能,通过测定并利用统计方法计算确定系统水平进给工作台的定位精度达到亚微米级。通过微薄壁结构工件铣削试验结果表明,系统具备微细铣削加工能力,并可实现大深宽比三维微小零件的加工。最后分析了工件尺寸误差的成因。

V-型端齿削弱永磁直线电机端部磁阻力波动方法

动电枢型永磁直线电机由于铁心开断,在两个纵向端部产生了较大的磁阻力波动,降低了系统的伺服性能。该文根据端部磁阻力的特征,提出电枢铁心V-型端部结构消除纵向端部磁阻力波动的方法。通过对V-型端面微元化推导端面磁阻力的合力,总结V-型深度对端部磁阻力波动的影响规律。为简化生产工艺,分析阶梯结构的准V-型端齿削弱端部磁阻力的可行性。最后,以齿槽力较小的12槽11极电机进为例,采用有限元仿真和实验验证了所提方法的正确性和有效性。

永磁直线电动机削弱齿槽力的槽极数配合分析

采用傅里叶分解得到永磁直线电动机齿槽力的解析表达式,在此基础上,研究了减小永磁直线电动机齿槽力的槽极数的最佳配合,并利用有限元软件Ansoft进行了仿真。仿真结果表明:槽极数互质时能有效地减小永磁直线电动机的齿槽力。

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.

径向充磁圆筒型永磁直线电机的有限元分析

圆筒型永磁直线电机作为线性驱动装置,需要从旋转运动到直线运动的机械结构转换,同时磁场沿轴向均匀分布,起动推力易受到电压波动的影响,因此其设计与分析的方法与传统的旋转电机有所不同.以Ansys软件为工具,对径向充磁圆筒型直线电机的磁场分布和电磁推力进行了计算,并将其计算结果与轴向充磁圆筒型永磁直线电机的计算结果进行了分析比较.结果表明,径向充磁圆筒型直线电机的控制平稳性能更高.

U型无铁芯永磁直线电机样机设计与有限元分析

针对传统设计方法的盲目性、高成本、周期长的问题。通过设计一种应用于大行程精密定位台中的U型无铁芯永磁直线电机（PMLM）,探讨了一种新的设计方法。在分析其定子磁路和动子绕组结构特点的基础上,初步设计了电机参数。采用Maxwell 2DTransient求解器模块对电机特性进行分析,得到了电机空载反电动势、电机磁链、定位力特性和电磁推力。通过理论设计和有限元分析相结合的方法,设计制造了一台实验样机,并进行了相关实验。实验结果表明,电机的重复定位精度达2μm;加速度能在0.08 s内达到14 m/s2,在不同速度下的反向电动势成线性关系且与理论分析的吻合。研究结果表明,样机达到了设计要求,验证了设计方法的可行性。

永磁直线电机自适应滑模变结构直接推力速度控制研究

针对永磁直线电机参数变化和外部扰动对伺服性能的影响,提出自适应变结构直接推力速度控制设计方法.由推力、磁链误差的积分函数建立滑模面,实际应用中存在的参数变化及负载扰动等不确定因素由自适应率修正.经仿真验证,该算法明显改善速度跟踪性能,具有很好的自适应性和鲁棒性.

直驱永磁电机绕组匝间短路故障研究

直驱永磁电机包括旋转结构与直线结构,其电磁负荷高,直接与负载相连接,电机的可靠性运行对系统安全非常重要,绕组匝间短路故障是其中一种重要的影响因素。本文以直驱永磁直线电机(PMLM)为研究对象,基于有限元方法分析了初级绕组匝间短路故障对电机性能的影响。首先介绍了直驱PMLM的拓扑结构与气隙磁场,分析了匝间短路对相电流与短路电流的影响,然后计算了短路匝数、短路位置对电机性能的影响,包括三相电流、短路电流、平均推力与推力波动,最后总结了匝间短路故障对PMLM性能的影响,为直驱系统的故障诊断与容错运行提供理论支持。

直线驱动的电火花成型机速度优化控制

为适应电火花成型加工中快速抬刀与慢速进给的大范围调速要求并提高其加工效率,本文采用永磁同步直线电机作为其主轴伺服系统。根据成型加工的非线性和多种不确定因素,分析直线电机运行时的扰动力,结合了模糊理论与数字PID并对扰动力加以观测,建立PID参数自整定的模糊推理规则,设计永磁同步直线电机进给系统的速度优化控制器。通过MATLAB/Simulink进行系统仿真与实验,结果表明该基于扰动观测模糊PID控制具有更好的动态稳定性与跟踪性能,对外界干扰有较好的鲁棒性。