直線旋轉(zhuǎn)永磁作動器及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、直線旋轉(zhuǎn)永磁作動器（LRPMA）是一種利用單套定動子實(shí)現(xiàn)直線、旋轉(zhuǎn)或螺旋運(yùn)動功能的新型兩自由度永磁作動器，可用于替代由多個(gè)驅(qū)動部件組合構(gòu)成的直線旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人和汽車自動檔等工業(yè)和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，對其電磁設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模與運(yùn)動控制進(jìn)行深入研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文在全面分析現(xiàn)有LRPMA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型單向磁路LRPMA，對該作動器的電磁設(shè)計(jì)與分析理論、磁場解析與電磁力/電磁轉(zhuǎn)

2、矩分析、數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行了全面深入的研究。論文的主要研究工作與成果包括以下幾個(gè)方面:
　　 系統(tǒng)地介紹和分析了現(xiàn)有各類直線旋轉(zhuǎn)作動器拓?fù)湫问胶涂刂品椒?，比較了各類LRPMA的主要結(jié)構(gòu)與性能特征;給出了典型LRPMA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了其運(yùn)行原理;提出了一種僅含周向磁路的新型單向磁路LRPMA，采用磁路方法進(jìn)行了分析，建立了三維有限元計(jì)算模型，給出了其電磁設(shè)計(jì)方法。
　　 基于求解圓柱坐標(biāo)系下的Laplac

3、ian方程和虛宗變量Bessel方程，給出了LRPMA空載氣隙磁場分布的直接解析計(jì)算方法;基于二維、三維直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系下的表貼永磁機(jī)構(gòu)氣隙磁場分布，提出了一種等效曲率系數(shù)方法，對圓柱坐標(biāo)系下的空載氣隙磁場提出了簡化的間接解析計(jì)算方法。對Halbach型LRPMA在圓柱坐標(biāo)系下的空載氣隙磁場分別進(jìn)行了直接和間接的解析計(jì)算。
　　 在空載氣隙磁場解析計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，基于虛功法推導(dǎo)了有鐵心LRPMA的電磁轉(zhuǎn)矩/電磁力的解析公式

4、;基于麥克斯韋應(yīng)力張量法，推導(dǎo)了有鐵心LRPMA的定位轉(zhuǎn)矩/定位力的解析公式;基于洛倫茲力法，推導(dǎo)了無鐵心LRPMA的電磁轉(zhuǎn)矩/電磁力的解析公式。并對作動器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 建立了LRPMA的九相定子坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型。提出一種新型9/4相雙dq數(shù)學(xué)變換，建立了動子坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，提出了直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的解耦控制策略。基于MATLAB/SiMulink建立了控制系統(tǒng)的通用仿真模型，對解耦控制進(jìn)行仿真分析。采用雙DSP構(gòu)建了L