永磁球形电机电磁悬浮力控制策略研究

摘要

永磁球形电机可实现输出轴的多自由度运动,能够简化机械系统的结构,提高传动系统的响应速度和定位精度,是国内外电机领域的一个研究热点。但目前永磁球形电机的相关技术尚未成熟,仍处于理论探索阶段。
　　本文提出一种新型结构的永磁球形电机,建立了电机的有限元模型,利用有限元法分析了定子线圈在不同磁极位置下的电磁力分布,在此基础上,分析了三自由度永磁球形电机的自转转矩。
　　本文研究了永磁球形电机磁悬浮力的合成方法,利用定转子之间的洛伦兹力同时产生磁悬浮力和转矩。由于定转子不直接接触,从而克服了摩擦转矩对运动控制的不利影响。建立了磁悬浮力的电流控制方程,通过控制各定子线圈的电流,控制各线圈产生的力的大小,合成所需的磁悬浮力。利用Matlab建立仿真模型,给出了转子球心不变时,磁悬浮力与线圈电流的关系,结果表明磁悬浮力的合成方式是可行的,为控制系统设计提供了理论基础。
　　本文将恒定开关频率电流滞环控制方法应用到永磁球形电机上,传统电流滞环控制方法虽然拥有响应速度快,硬件结构简单等诸多优点,但是其滞环宽度固定导致功率器件开关频率变化。本文采用环宽预测方法,根据电流误差的斜率调节滞环宽度,实现了开关周期的实时调整,稳定了滞环开关频率。
　　本文介绍了基于DSP TMS320F2812的永磁球形电机控制系统实验平台,给出了硬件电路的主要组成部分,并在实验中实现了永磁球形电机自转运动。

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第一章 绪论

1.1多自由度球形电机研究背景

1.2多自由度球形电机的研究概况

1.3磁悬浮技术的研究现状

1.4本论文主要研究内容

第二章 永磁球形电机有限元分析

2.1永磁球形电机的结构与工作原理

2.2基于有限元法的永磁球形电机建模

2.3永磁球形电机电磁力分析

2.4永磁球形电机自转转矩特性分析

2.5本章小结

第三章 永磁球形电机磁悬浮力电流控制

3.1力的平移原理与三维坐标变换

3.2永磁球形电机磁悬浮力合成

3.3悬浮力电流控制的仿真结果

3.4本章小结

第四章 永磁球形电机控制实验系统

4.1球形电机电流控制

4.2永磁球形电机样机结构设计

4.3基于DSP的硬件电路及其实现

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢