混合驱动式多自由度电机的电磁及动力学控制研究
发布时间：2021-07-01 14:41
随着智能化运动驱动装置的不断创新和发展,可于狭小空间内实现具有多个自由度的运动受到人们的广泛关注。采用多台电机实现多自由度运动需要依赖从动机构进行组合连接,而由多自由度电动机作为主动机构进行直接驱动,可避免中间传动装置所带来的设备体积庞大、非线性耦合强、运动精度偏低等诸多不利因素。为了解决三维空间中多自由度电机传动精度较低、运动控制较差等问题,提出一种混合驱动式的三自由度电机,由自转型电动模块和偏转型电动模块构成,各采用一套控制电路进行单独控制,避免了相互之间的电磁耦合,从而简化了控制机理,能够实现高速平稳的单自由度自转运动和连续精准的二自由度倾斜操作,通过两类模块的协同控制下,可使电机围绕其静平衡位置处做各式各样的三自由度运动。本文主要研究工作具体如下:1)介绍了该混合驱动式电机的基本结构,分为自转和偏转两类驱动模块,可分别独立运行,实现电机的高速旋转和精准倾斜;也可同步运转,实现电机在空间内的三自由度运动。2)利用Halbach阵列强力聚磁的作用与磁路屏蔽的效果,对电机自转永磁体磁场特性进行优化与完善。结合电机的有限元结构,在静态磁场下了分析了自转与偏转模块的磁场分布规律,通过在特...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
样机帕莫卡来大大学的电机实b)
图1-3双双激励式
4磁体和高磁通密度的钢轭；转子由2自由度万向节导向机构和4个线圈组成，以驱动倾斜运动。具有2个偏转自由度±40o的大倾角和高倾斜转矩。控制电机偏向x轴与y轴方向运动的绕组均为音圈绕组，形状分别为贴合球面磁轭的圆形与矩形。绕组固定在万向节导向机构的轴上。该两自由度电机的主要优势有两方面：一方面是使用两对线圈来驱动X和Y轴倾斜运动，圆形线圈始终产生X轴倾斜扭矩，矩形线圈始终产生Y轴倾斜扭矩。因此，实现了高精度的解耦控制。另一方面是多自由度的轴承部分，没有使用传统的球轴承，而是基于内侧到球心半径保持不变的特点，实现了电机2个自由度的倾斜操作。a)音圈绕组和球面磁轭b)电机的运行机理图1-4电机的三维模型2014年，瑞士联邦理工学院的工程师AlexisBoletis提出了一种磁悬浮式的多自由度电机[19]，避免了机械关节的旋转摩擦，可以沿任意方向角进行驱动，从而大幅度的提升了电机的运行效率，并通过有限元分析法优化了气隙磁场分布。如图1-5所示，该电机由八个极的转子和一个带有20个空心永磁体的定子组成，将转子球体划分为面积和形状相同的十二个区域，且每个永磁体各对应于十二面体的顶点处。通过定子线圈和永磁转子的相互配合，使其具有良好的导磁性能，可实现电机的多自由度悬浮运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SolidWorks和Adams的锥齿轮差速器联合仿真[J]. 陶泽南,樊智涛,柳林强. 军事交通学院学报. 2019(12)
[2]液质悬浮式永磁多自由度电机流体分析与仿真[J]. 李争,邢殿辉,智若东,王群京. 机械设计与制造. 2019(06)
[3]基于三角形(△)组合线圈的永磁球形电机转矩特性与通电策略分析[J]. 过希文,李绅,王群京,周睿,文彦. 电工技术学报. 2019(08)
[4]Halbach阵列盘式永磁电机的解析计算[J]. 郭保成,黄允凯,彭飞,董剑宁. 中国电机工程学报. 2019(01)
[5]磁钢充磁方式对高速永磁电机性能的影响研究[J]. 张炳义,蒋鑫,冯桂宏. 机电工程. 2018(07)
[6]永磁同步电机永磁体分块对涡流损耗的影响分析[J]. 刘朋鹏,张琪,何彪,黄苏融,陈世军. 电机与控制应用. 2018(06)
[7]采用虚拟电机的改进偏差耦合多电机同步控制[J]. 史婷娜,辛雄,夏长亮. 中国电机工程学报. 2017(23)
[8]永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析[J]. 李争,伦青青,薛增涛,王群京. 电工技术学报. 2017(23)
[9]Halbach阵列定子无铁芯永磁电动机涡流损耗分析[J]. 何超,邹海荣. 上海电机学院学报. 2017(05)
[10]液质悬浮式三自由度电机电磁特性的计算分析[J]. 李争,聂雅盟,薛增涛,王群京. 电机与控制学报. 2017(04)
博士论文
[1]Halbach阵列永磁球形电动机三维磁场分析[D]. 李洪凤.天津大学 2008
硕士论文
[1]基于虚拟样机的特种机器人关键机构仿真研究[D]. 贾亚洲.河南科技大学 2019
[2]基于轨迹规划的永磁球形电机通电控制方法研究[D]. 李绅.安徽大学 2018
[3]基于虚拟样机的双臂机器人控制系统研究[D]. 盖帅.燕山大学 2018
[4]复合驱动式永磁多自由度电机的设计及其特性分析[D]. 张令伟.河北科技大学 2018
[5]永磁球形电机的虚拟样机建模与跟踪控制研究[D]. 赵元.安徽大学 2016
[6]基于ADAMS的永磁球形电机动力学建模与控制[D]. 赵双双.安徽大学 2014
本文编号：3259328
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
样机帕莫卡来大大学的电机实b)
图1-3双双激励式
4磁体和高磁通密度的钢轭；转子由2自由度万向节导向机构和4个线圈组成，以驱动倾斜运动。具有2个偏转自由度±40o的大倾角和高倾斜转矩。控制电机偏向x轴与y轴方向运动的绕组均为音圈绕组，形状分别为贴合球面磁轭的圆形与矩形。绕组固定在万向节导向机构的轴上。该两自由度电机的主要优势有两方面：一方面是使用两对线圈来驱动X和Y轴倾斜运动，圆形线圈始终产生X轴倾斜扭矩，矩形线圈始终产生Y轴倾斜扭矩。因此，实现了高精度的解耦控制。另一方面是多自由度的轴承部分，没有使用传统的球轴承，而是基于内侧到球心半径保持不变的特点，实现了电机2个自由度的倾斜操作。a)音圈绕组和球面磁轭b)电机的运行机理图1-4电机的三维模型2014年，瑞士联邦理工学院的工程师AlexisBoletis提出了一种磁悬浮式的多自由度电机[19]，避免了机械关节的旋转摩擦，可以沿任意方向角进行驱动，从而大幅度的提升了电机的运行效率，并通过有限元分析法优化了气隙磁场分布。如图1-5所示，该电机由八个极的转子和一个带有20个空心永磁体的定子组成，将转子球体划分为面积和形状相同的十二个区域，且每个永磁体各对应于十二面体的顶点处。通过定子线圈和永磁转子的相互配合，使其具有良好的导磁性能，可实现电机的多自由度悬浮运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SolidWorks和Adams的锥齿轮差速器联合仿真[J]. 陶泽南,樊智涛,柳林强. 军事交通学院学报. 2019(12)
[2]液质悬浮式永磁多自由度电机流体分析与仿真[J]. 李争,邢殿辉,智若东,王群京. 机械设计与制造. 2019(06)
[3]基于三角形(△)组合线圈的永磁球形电机转矩特性与通电策略分析[J]. 过希文,李绅,王群京,周睿,文彦. 电工技术学报. 2019(08)
[4]Halbach阵列盘式永磁电机的解析计算[J]. 郭保成,黄允凯,彭飞,董剑宁. 中国电机工程学报. 2019(01)
[5]磁钢充磁方式对高速永磁电机性能的影响研究[J]. 张炳义,蒋鑫,冯桂宏. 机电工程. 2018(07)
[6]永磁同步电机永磁体分块对涡流损耗的影响分析[J]. 刘朋鹏,张琪,何彪,黄苏融,陈世军. 电机与控制应用. 2018(06)
[7]采用虚拟电机的改进偏差耦合多电机同步控制[J]. 史婷娜,辛雄,夏长亮. 中国电机工程学报. 2017(23)
[8]永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析[J]. 李争,伦青青,薛增涛,王群京. 电工技术学报. 2017(23)
[9]Halbach阵列定子无铁芯永磁电动机涡流损耗分析[J]. 何超,邹海荣. 上海电机学院学报. 2017(05)
[10]液质悬浮式三自由度电机电磁特性的计算分析[J]. 李争,聂雅盟,薛增涛,王群京. 电机与控制学报. 2017(04)
博士论文
[1]Halbach阵列永磁球形电动机三维磁场分析[D]. 李洪凤.天津大学 2008
硕士论文
[1]基于虚拟样机的特种机器人关键机构仿真研究[D]. 贾亚洲.河南科技大学 2019
[2]基于轨迹规划的永磁球形电机通电控制方法研究[D]. 李绅.安徽大学 2018
[3]基于虚拟样机的双臂机器人控制系统研究[D]. 盖帅.燕山大学 2018
[4]复合驱动式永磁多自由度电机的设计及其特性分析[D]. 张令伟.河北科技大学 2018
[5]永磁球形电机的虚拟样机建模与跟踪控制研究[D]. 赵元.安徽大学 2016
[6]基于ADAMS的永磁球形电机动力学建模与控制[D]. 赵双双.安徽大学 2014
本文编号：3259328
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