包含磁力齿轮传动系统的数学模型与控制方法研究

发布时间：2017-09-03 17:17

  本文关键词：包含磁力齿轮传动系统的数学模型与控制方法研究

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【摘要】：磁力齿轮是一种依靠永磁阵列磁场相互作用来实现主动件和从动件之间运动或动力传递的新型传动形式。与传统机械齿轮相比，磁力齿轮无需主动件和从动件直接接触，还免去了机械齿轮中存在的需要经过复杂机械加工而得到的轮齿。由此带来了加工成本低廉、无需润滑、低噪音、易于维护、具有过载保护能力等显著优点。鉴于此，磁力齿轮在新能源、化工、军工等领域具有广阔的应用前景，目前已经在船舶驱动、电动汽车、风力发电、伺服传动等领域有了初步应用。 本文围绕着磁场调制式磁力齿轮做了以下工作： 1.基于电磁场和电机学的相关理论，介绍了磁场调制式磁力齿轮的基本结构、工作原理和磁场调制式磁力齿轮复合电机的基本结构，讨论了有限元分析的磁场波形和谐波成分。 2.根据有限元仿真和实验得出的相关数据，对磁场调制式磁力齿轮进行非线性拟合，在一定误差范围内对磁力齿轮模型进行简化，并分析了了磁力齿轮的其它简化方法，，最后分析了系统刚度对磁力齿轮的影响。 3.在磁力齿轮简化模型的基础上，分别通过PI控制和观测器极点配置法对磁场调制式磁力齿轮传动系统进行伺服控制，针对伺服控制系统中存在的饱和现象，采取多种方法进行抗饱和设计，使得系统的动态特性得到改善。 4.在对磁场调制式磁力齿轮传动系统理论分析的基础上，探讨了其在电动自行车上的应用，建立了含磁力齿轮、轮毂式电动自行车的系统模型，分析了电动自行车在典型路况下的受力特点和驱动特性，以MATLAB/SIMULINK为工具开展了控制系统仿真。 5.开展了有关实验研究，设计了传动效率与机械特性实验平台、电动自行车实验装置和伺服控制实验平台，完成或部分完成了实验台或装置的构建。对实验台和装置进行了初步调试和实验，为进一步开展较深入实验提供准备。
【关键词】：磁力齿轮 复合电机 数学模型 抗饱和控制 电动自行车
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-31
• 1.1 引言12-13
• 1.2 磁力齿轮的发展概论13-25
• 1.2.1 永磁齿轮的相关研究13-18
• 1.2.2 永磁齿轮传动系统的相关研究18-21
• 1.2.3 永磁齿轮传动系统控制方法的相关研究21-25
• 1.3 伺服控制理论发展概述25-28
• 1.3.1 控制理论的发展概述25-26
• 1.3.2 伺服系统概述26-28
• 1.4 本论文研究课题来源、研究意义、主要内容28-31
• 1.4.1 课题来源28
• 1.4.2 磁场调制式磁力齿轮传动系统的研究意义28-29
• 1.4.3 主要研究内容29-31
• 第二章 磁场调制式磁力齿轮的基本结构及原理31-37
• 2.1 磁场调制式磁力齿轮传动系统的基本结构31-33
• 2.1.1 磁场调制式磁力齿轮31-32
• 2.1.2 磁场调制式磁力齿轮复合电机32-33
• 2.2 磁场调制式磁力齿轮的工作原理33-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第三章 磁力齿轮特性分析与数学模型37-51
• 3.1 磁力齿轮静态机械特性的非线性模型37-42
• 3.1.1 多项式拟合37-41
• 3.1.2 三角函数拟合41-42
• 3.2 磁力齿轮的简化线性模型42-46
• 3.3 其他简化方法46-48
• 3.4 磁场调制式磁力齿轮刚度分析48-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 包含磁力齿轮伺服系统的抗饱和控制51-77
• 4.1 磁场调制式磁力齿轮的伺服控制51-56
• 4.1.1 磁力齿轮传动系统的 PI 控制51-52
• 4.1.2 磁力齿轮传动系统的观测器-极点配置控制52-54
• 4.1.3 伺服控制系统的仿真54-56
• 4.2 磁力齿轮伺服系统中的约束56-58
• 4.3 磁力齿轮控制系统中的饱和现象58-59
• 4.4 磁力齿轮传动系统的抗饱和方法设计59-68
• 4.4.1 条件积分法60-63
• 4.4.2 反计算法63-67
• 4.4.3 磁力齿轮的变结构 PID 控制方法67-68
• 4.5 抗饱和控制算法仿真68-75
• 4.5.1 条件积分法仿真69-71
• 4.5.2 反计算法仿真71-74
• 4.5.3 变结构 PID 控制74-75
• 4.6 本章小节75-77
• 第五章 包含磁力齿轮电动自行车特性分析与仿真77-84
• 5.1 车辆的受力分析77-78
• 5.2 复合轮毂式电动车驱动特性分析模型78-80
• 5.2.1 水平路面78-79
• 5.2.2 爬坡路面分析79-80
• 5.3 计算机仿真80-82
• 5.3.1 电机模块80
• 5.3.2 磁力齿轮模块80-82
• 5.4 结论82-84
• 第六章 样机的研制与实验84-90
• 6.1 传动效率与机械特性实验平台84-86
• 6.2 伺服驱动试验台86-87
• 6.3 电动自行车实验87-89
• 6.4 本章小结89-90
• 第七章 全文总结90-92
• 7.1 结论90-91
• 7.2 展望91-92
• 参考文献92-98
• 致谢98-99
• 攻读硕士学位期间参与的课题及成果99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李三东,薛花,纪志成;基于Matlab永磁同步电机控制系统的仿真建模[J];江南大学学报;2004年02期

2 杨仕,刘峰;内燃机数字电子调速[J];四川农机;2001年02期

3 舒志兵;董科;章杰;卢宗春;汤世松;;伺服运动控制系统及其数控加工应用[J];自动化博览;2010年11期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘新华;新型磁场调制式磁性齿轮的设计研究[D];上海大学;2008年

本文编号：786292