混合式直线力电机的结构设计和特性研究

摘要

直线力电机是直线电机的一种，主要是作为执行器应用于电液伺服阀等位置伺服或开关量控制系统。混合式直线力电机(或永磁直线力电机)，由线圈和永磁体共同励磁，使电机的动子产生推力。永磁体产生的磁场是气隙磁场的主要部分，另一部分是由辅助励磁绕组的电流来激励产生，起调节磁场的作用。 混合式直线力电机的研究现在还不多。本文研究的目的是用作直接驱动式电液伺服阀的直线力电机，靠动子的双向运动，实现精确定位，来准确调节液体的流量。这种电机在行程比较小时，与弹簧配合的情况下，电磁推力近似与线圈的电流成正比，因此方便地调节电机线圈里的电流，就能调节输出力的大小。根据输入的位置指令与反馈的位置传感器的电信号的差值，通过位置调节器的调节，用专用的直流电机运动伺服控制芯片SG1731实现电机的电流脉宽调制，进而调节电磁力，达到精确定位的功能。 本文在对现有几种直线振动电机和力电机的所做研究的基础上，设计出了电机结构更合理的直线力电机的样机结构，并分析了电机制作过程中所主要的步骤以及影响电机性能的结构参数。建立了混合式直线力电机在磁路法和有限元软件Ansoft分析下的电机模型，分析了电机的静态磁场，得出了静态力一位移特性曲线，并通过静态实验测量出的力一位移曲线，验证了理论分析的正确性。 建立了样机的动态数学模型和有限元法的瞬态分析模型，利用Ansoft的Maxwell2DTransient瞬态磁场分析软件包，分析了电机的动态响应过程，以及影响动态性能的参数，尤其是弹簧系数的选择。 本文设计了进行电机动态实验控制系统的总的控制方案。采用位置闭环控制来实现电机动子的精确定位，位移传感器采用差动变压器式位移传感器(LVDT)，位置调节器采用PID控制。采用双极性H桥来实现电机的双向运动。 本文所研究的直线力电机的结构、计算分析方法以及控制方案可供该产品的研制开发提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明及关于学位论文使用权的说明

第一章绪论

第二章混合式直线力电机的静态分析

第三章混合式直线力电机的动态分析

第四章混合式直线力电机的控制系统设计

第五章全文总结和展望

参考文献

致谢

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