混合叠压圆筒型永磁直线振荡电机电磁特性分析

圆筒型双定子永磁直线振荡电机因其结构简单、功率密度高而广泛应用于压缩机领域。然而,电机的定子通常采用传统的硅钢片周向叠压方式,导致其叠压系数低、磁路易饱和。因此,该文提出一种新的混合叠压方法。首先,介绍了双定子永磁直线振荡电机的基本拓扑结构和工作原理,给出磁路特有的分布方式;然后,对采用电工纯铁和硅钢片混合叠压方式进行分析,推导了硅钢片数量与电工纯铁之间的占比关系,并对不同硅钢片数量对电机反电动势、电磁推力和损耗的影响进行分析;最后,通过三维有限元分析对采用传统叠压方式和混合叠压方式的双定子永磁直线振荡电机的电磁特性进行了比较和分析。实验结果验证了混合叠压方式在提高电磁推力和简化制作工艺方面的优势。

基于模糊PID控制的准零刚度磁悬浮隔振平台的设计与实现

为有效降低系统固有频率,获得外部振动在多频段的强衰减,以永磁电磁混合作动器为负刚度结构提出并设计了一种准零刚度的磁悬浮隔振平台,实现了基于模糊PID(proportional integral differential)算法的振动主动控制系统.首先,通过特性分析与参数计算,基于准零刚度理论完成了准零刚度磁悬浮隔振平台的方案设计;其次,建立磁悬浮隔振系统模型,提出基于模糊PID算法的振动主动控制策略,可主动调节系统的等效刚度和阻尼;最后,基于Speedgoat实时目标机开发振动主动控制系统,搭建隔振测试平台,并开展了隔振性能测试.研究结果表明:本文设计的准零刚度磁悬浮隔振平台通过采用模糊PID的控制策略能够主动调节PID参数,动态调整系统的等效刚度和阻尼;外部振动频率在20~100 Hz频率段内,振动衰减率大于80%;外部振动频率在100~500 Hz频率段内,振动衰减率大于90%.

混合电磁悬架作动器设计与试验

为了解决车用线性电磁作动器(直线电机)可靠性差的问题,设计了一种将直线电机与液压阻尼器集成的混合电磁作动器。采用改进天棚控制策略进行性能匹配,对混合电磁作动器的性能参数进行优化,得到天棚阻尼系数、被动阻尼系数以及直线电机需要提供的峰值电磁推力,并以优化得到的峰值电磁推力为优化目标,优化混合电磁作动器的结构参数。根据优化得到的结构参数试制实体样机,对其进行台架试验,包括混合电磁作动器的外特性试验,以及包含混合电磁作动器的混合电磁悬架主动控制试验。试验结果表明,设计的混合电磁作动器用于悬架系统时,能够较好地改善车辆动力学性能,与被动悬架相比,混合电磁悬架车身加速度和悬架动挠度分别降低了23. 35%和14. 97%,虽然轮胎动载荷增加了13. 20%,但根据"3σ"原则,在可接受范围之内,验证了混合电磁作动器样机的有效性。

混合隔振系统中电磁作动器的优化设计

由于混合隔振系统中的电磁作动器对电磁力、体积重量、损耗等指标有着严格的限制,因此电磁作动器的优化设计显得十分重要。为此,提出了电磁作动器系统参数(包括几何尺寸参数和电参数)的优化设计方法,推导了电磁作动器总损耗与系统参数间的关系。通过有限元分析软件ANSYS中的优化设计模块,使用ANSYS参数化设计语言建立了在保证电磁力及体积限制条件下,以总损耗最小为目标函数的三维参数化分析模型,多次循环迭代求解后得到了较为优化的系统参数。仿真及实验结果表明:按照该方法设计的电磁作动器能够满足各项设计指标要求,且性能比其他参数下更为优化。

基于功率流方法电磁反力混合型主动悬架研究

基于功率流方法,研究一种同时含有被动和主动结构的新型主动悬架。在这种结构中,主动控制力由电磁反力作动器产生,并且仅作用于汽车的非悬挂质量上。以某车型两自由度1/4模型为研究对象,采用结构导纳理论,建立路面输给悬架系统的总功率流、传递给车身的功率流及由电磁作动器耗散的功率流模型。设计以传递给车身的功率流为最小的最优控制策略,分析该电磁反力混合型主动悬架的性能。结果表明该悬架系统能较好地改善汽车在高频段的平顺性和轮胎的触地性,提高汽车行驶的平顺性和操作稳定性。

旋转机械主被动混合隔振虚拟样机技术及实验研究

提出一种旋转机械主被动混合隔振虚拟样机方法,并通过实验对虚拟样机仿真结果进行验证。首先对柴油发电机组电磁-气囊主被动混合隔振系统进行建模,然后对电磁作动器进行理论分析与实验,得到电磁作动器输出力特性。通过利用多刚体动力学软件ADAMS与MATLAB/SIMULINK联合,搭建柴油发电机组主被动混合隔振虚拟样机系统,对虚拟样机进行了冲击摇摆的计算,并进行控制算法与主被动混合隔振研究,同时搭建了物理样机实验平台并对仿真结果进行实验验证。结果表明:主被动混合隔振虚拟样机所得结果与实验结果相吻合,可以作为主被动混合隔振系统研制的重要依据。

电磁复合式馈能悬架半主动控制研究

针对以直线电机为作动器的馈能型半主动悬架现有控制方法存在缺陷且电磁阻尼力小等问题,设计了电磁复合式馈能悬架结构,建立了包括电磁复合式作动器(electro-magnetic linear hybrid actuator,EMLHA)的车辆二自由度悬架模型。提出一种由主环与内环构成的半主动控制策略,其中主环通过线性二次高斯(linear quadratic Gaussian,LQG)控制策略得出理想半主动力,并利用蚁群优化算法确定其控制参数。在此基础上,为减小过大电磁阻尼力对半主动控制的扰动,通过分析悬架馈能电路提出电机绕组限流策略,结合减振器阻尼力补偿控制方法共同实现内环控制。最后对所设计的复合悬架及其控制方法进行动力学性能与馈能性能仿真,并与传统直线电机悬架与被动悬架进行对比分析。结果表明:复合悬架能够有效改善悬架动态性能,并且直线电机回馈能量的72.5%被储存至超级电容,说明复合悬架及其半主动控制策略能够在提升悬架舒适性与安全性的基础上回收部分振动能量。

车用混合电磁作动器优化设计与试验研究

为了解决车用线性电磁作动器存在可靠性差的问题,设计了一种新型混合电磁作动器.针对该结构,采用改进天棚控制策略进行性能匹配,优化混合电磁作动器的性能参数,并以直线电机需要提供的峰值电磁推力为优化目标,优化混合电磁作动器的结构参数,最后试制实体样机并进行台架试验.试验结果表明,混合电磁作动器能够较好地改善车辆动力学性能,验证了样机的有效性.

基于自适应控制的动力总成主动悬置研究

针对混合动力和电动汽车的振动特性,本文开发了一款基于自适应前馈控制的动力总成主动悬置。该主动悬置系统由一个电磁作动器和解耦膜式液压悬置有机组合而成,利用加速度传感器采集车身振动信号。经过优化计算,由控制器生成控制电流,进而驱动电磁作动器运动,使解耦膜产生相应位移,优化悬置刚度达到隔离发动机振动的目的。同时建立了整车动力学模型和主动悬置仿真模型,设计了动力总成主动悬置控制器,并采用Matlab软件中的Simulink工具箱,对基于自适应前馈控制主动悬置隔振性能进行仿真分析。仿真结果表明,基于自适应前馈控制的主动悬置明显降低了动力总成悬置系统的振动传递率,改善了车辆的NVH性能。该主动悬置在高低频率段隔振性能均明显优于被动悬置,具备优良的宽频带隔振性能。该研究提高了混合动力和电动汽车的乘坐舒适性,对主动悬置的设计开发具有指导意义。

一类混合隔振系统非线性动力特性分析

研究磁悬浮—气囊主被动混合隔振系统的非线性动力特性,包括对系统的稳定性分析和位移响应的计算及其模拟仿真。通过对磁悬浮—气囊主被动混合隔振装置的简化,建立与之相适应的非线性动力微分方程;利用谐波平衡法对非线性微分方程进行求解,研究系统方程的幅频响应曲线在不同参数下的变化规律;由Lyapunov稳定性定理对系统进行稳定性判断;通过Simulink软件对整个系统进行模拟仿真得出位移的功率谱曲线,分析结果表明混合隔振系统在低频激励下的稳定性更好,隔振效果明显。

混合轴承多跨转子多频轴承传递力自适应控制

介绍了一种基于电磁执行器动力特性可控的混合轴承结构;用有限元法建立了多跨转子系统的动力学模型,分析了转子通过轴承给基础的传递力及传递力控制的原理;基于自适应最小均方算法,提出了一种基于误差信号子带滤波,由多个单频力控制器并联而成的变步长自适应轴承传递力控制器;以双轴多跨转子系统为例对轴承传递力主动控制器的有效性进行了理论仿真。结果表明,提出的多跨转子系统多频轴承传递力主动控制方法可以有效地抑制转子系统对基础的传递力。

馈能型电磁反力作动器设计

对作动器可靠馈能条件进行理论分析,以此为依据对双线圈作动器进行结构改造,参数计算;在Matlab/Simulink环境下建立三自由度悬架模型与作动器模型,在所建模型的基础上选定悬架参数,控制策略(主要是天棚阻尼系数C_(sky))和路面输入进行Simulink仿真;仿真显示,馈能过程中次线圈的馈能功率P_2=13.4 W,馈能效率η=13.4/25.6=52.3%,验证了此馈能型作动器的有效性.