面向精密主动减振的洛仑兹电机及其驱动器研究

摘要

洛仑兹电机是一种以洛仑兹力直接驱动的永磁直流作动器,具有结构简单、动态响应快、线性性好等特点,被广泛地用作精密直线运动的驱动装置,如光刻机微运动工作台的驱动电机、精密主动减振器的作动器等。洛仑兹电机通过驱动电流控制电机阻尼力的大小和方向。论文针对一种用于 IC制造装备的超精密主动减振器,设计了用于主动减振器的洛仑兹电机及其驱动器。
　　首先,本文简要阐述了洛仑兹电机的工作原理和特点,计算出了电机的推力常数、电感和电阻等参数。在参数计算的基础上,自行设计了一套推力常数为68N/A的洛仑兹电机
　　其次,详细介绍了洛仑兹电机驱动器的硬件设计,包括电流调节器电路、桥式功率转换电路、电流反馈电路、保护电路和补偿电路的设计,绘制了驱动器的印制电路板,建立了驱动器的数学模型。研制出了驱动带宽至少为3kHz,电流控制精度达0.1mA,电流纹波小于1mA的高性能洛仑兹电机驱动器。
　　最后,设计出了洛仑兹电机测试平台,分别对电机的动态性能和静态性能进行了测试。从振动传递率测试结果中得到,与被动减振相比,加入洛仑兹电机主动控制后的减振系统的共振点处的传递率从15dB衰减到了-7dB。
　　该洛仑兹电机及其驱动器已经成功地应用到了超精密主动减振器中,并取得了良好的效果。

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1 绪论

1.1课题来源

1.2课题目的及意义

1.3洛仑兹电机国内外研究现状

1.4电机驱动系统国内外研究现状

1.5本课题的主要研究内容

2 洛仑兹电机的设计

2.1 洛仑兹电机的工作原理

2.2 洛仑兹电机在主动减振系统中的应用要求

2.3 洛仑兹电机的关键参数设计及数学模型的建立

2.4 洛仑兹电机的结构设计

2.5 洛仑兹电机的检验要求

2.6 本章小结

3 洛仑兹电机驱动器的设计

3.1驱动器的性能指标

3.2驱动器的控制系统方案设计

3.3 驱动器的硬件设计

3.4 驱动器的印制电路板制作

3.5 STM32微控制器的软件设计

3.6 本章小结

4 洛仑兹电机驱动器数学模型与参数辨识

4.1 驱动器的系统组成

4.2 电流调节器数学模型与参数辨识

4.3 微控制器数学模型与参数辨识

4.4 LC滤波器的数学模型与参数辨识

4.5 驱动器的数学模型分析

4.6 本章小结

5 洛仑兹电机及其驱动器的实验研究

5.1 洛仑兹电机测试实验平台的搭建

5.2 洛仑兹电机静态性能测试

5.3 洛仑兹电机及其驱动器动态性能测试

5.5 洛仑兹电机及其驱动器的主动减振效果测试

5.6 本章小结

6 全文总结与研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利目录