直線電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其懸浮控制技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、直線電磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)用在結(jié)構(gòu)振動(dòng)方面，用于抵抗地震作用。陀螺儀又具有定軸性和進(jìn)動(dòng)性，廣泛應(yīng)用于維持物體的平衡穩(wěn)定。本文結(jié)合陀螺儀與直線電磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種直線電磁驅(qū)動(dòng)陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)，研究了直線電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)及該部分結(jié)構(gòu)的懸浮控制。論文的重點(diǎn)包括直線電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)方案的選擇、結(jié)構(gòu)參數(shù)仿真優(yōu)化、直線電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)建模及懸浮建模和仿真。
　　第一章綜合分析了陀螺儀的種類與應(yīng)用及國內(nèi)外在陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、

2、動(dòng)態(tài)特性、動(dòng)力學(xué)、敏感度等方面進(jìn)行的研究，從安全性和穩(wěn)定性出發(fā)，提出了本文的研究?jī)?nèi)容。
　　第二章分析了直線電磁驅(qū)動(dòng)AMD的驅(qū)動(dòng)原理與應(yīng)用、直線電磁驅(qū)動(dòng)陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及直線電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)方案的選擇。建立了三種不同的三維繞線模型，用磁仿真MAXWELL有限元軟件對(duì)三種不同的方案進(jìn)行了控制變量的三維結(jié)構(gòu)的仿真，通過比較磁場(chǎng)大小、均勻性、磁力線走向以及x、y方向的力等指標(biāo)來確定方案一為優(yōu)化對(duì)象。
　　第三章對(duì)上一章選定的直線電

3、磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)方案一進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真優(yōu)化分析。建立方案一結(jié)構(gòu)的二維模型，從鐵芯齒厚（齒槽、齒芯寬）、勵(lì)磁線圈截面積和位置、質(zhì)量塊厚度、懸浮間隙等因素對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，通過比較磁場(chǎng)大小、均勻性、磁力線走向、質(zhì)量塊動(dòng)態(tài)變化中的受力情況作出最優(yōu)參數(shù)選擇，仿真結(jié)果表明當(dāng)鐵芯齒厚為20mm，線圈截面上移增大，截面面積為8mm×20mm，AMD質(zhì)量塊厚度為20mm，懸浮間隙為15mm時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)綜合效果最好，以此作為直線電磁驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

4、　　第四章對(duì)直線電磁驅(qū)動(dòng)懸浮結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模與懸浮控制建模。對(duì)直線電磁驅(qū)動(dòng)懸浮結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析獲得動(dòng)力學(xué)方程，并結(jié)合通電電磁線圈的電壓回路方程對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理，用傳統(tǒng)PID方法、基于直線反饋的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)方法和滑?？刂评碚撨M(jìn)行了控制技術(shù)的設(shè)計(jì)，獲得了各方法的狀態(tài)方程并進(jìn)行系統(tǒng)框圖建模。
　　第五章分析SIMULINK仿真軟件的作用，對(duì)建立的懸浮控制系統(tǒng)用SIMULINK工具進(jìn)行了懸浮控制的結(jié)果仿真。根據(jù)設(shè)計(jì)方法選擇合適

5、的k1、k2、k3和t1、t2、t3等參數(shù)，得出了懸浮間隙的輸出波形圖，獲得了相關(guān)方法的間隙變化范圍分別為h＜0.6mm、-0.05mm＜h＜0.05mm、h≈0.028mm，實(shí)現(xiàn)了研究對(duì)象懸浮控制的設(shè)計(jì)。通過這三種方法的設(shè)計(jì)與對(duì)比，說明基于滑?？刂频脑O(shè)計(jì)方法能使主動(dòng)陀螺懸浮更穩(wěn)定、振蕩小，更適合直線電磁驅(qū)動(dòng)的懸浮控制。
　　第六章分析了系統(tǒng)的控制策略與工作原理，進(jìn)行了系統(tǒng)的應(yīng)用。將直線電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與建立的直線電磁驅(qū)動(dòng)陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)

6、的陀螺儀動(dòng)力學(xué)模型成功應(yīng)用在前后置兩輪電動(dòng)車上，創(chuàng)造出一種全新的安全平衡電動(dòng)車，并分析了不同行駛情況的工作方案，這也是本文研究的目的;同時(shí)也分析了直線電磁驅(qū)動(dòng)陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)應(yīng)用在船舶上的工況。
　　第七章是對(duì)本文的內(nèi)容做了簡(jiǎn)要的總結(jié)，同時(shí)提出了本文未能深入研究的關(guān)鍵技術(shù)和未來的研究方向。
　　本文通過選取良好的直線電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)方案，改變影響電磁性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化了直線電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，得到了電磁性能良好的一組參數(shù)，達(dá)到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的