混合励磁磁悬浮进给平台的设计与研究

摘要

现代制造技术对数控机床进给系统的进给速度、定位精度等性能的要求越来越高,而传统数控机床的摩擦力是制约数控机床加工性能的重要因素之一。与传统数控机床进给系统相比,磁悬浮进给系统具有速度高、定位精度高、寿命长、无摩擦、无润滑、无污染等突出优点,这些优点为数控机床实现超高速超精密的加工提供了必要条件。
　　本文详细介绍了磁悬浮进给技术的工作原理,参考国内外现有进给平台的结构形式,研究设计了一种新型的混合励磁磁悬浮进给平台,主要研究内容如下:
　　(1)对国内外现有磁悬浮进给平台的缺陷进行了分析,在对现有磁悬浮进给机构进行比较分析的基础上,提出了一种新型的混合励磁磁悬浮进给平台结构。建立了混合励磁直线同步电机的数学模型,对混合励磁直线同步电机的电磁力特性进行了数值分析和有限元验证,并对电磁力波动进行了相应改进。
　　(2)分析了进给平台的磁力耦合现象,并对其进行了解耦控制研究。解耦控制后的磁悬浮系统能够实现电磁推力和法向吸磁力的完全解耦。对进给平台的悬浮稳定性进行了分析,结果表明进给平台在悬浮平衡点是稳定可控的。
　　(3)建立了磁悬浮进给平台的有限元模型,进给平台悬浮系统可以等效为一个由弹簧和阻尼器并联的支撑系统,且刚度和阻尼可以通过结构、控制器等参数进行调节。分析了进给平台的静力学变形、各阶模态与悬浮刚度之间的关系,改进了进给平台的结构,获得了最优参数。
　　(4)运用ADAMS与MATLAB联合控制仿真技术对进给平台的定位运动进行了仿真试验,建立了进给平台定位运动的 PID位置反馈控制仿真模型。针对多项参数进行了仿真试验,得到了多组位移输出曲线,得出以下结论:选用合理的控制参数,能够得到较理想的定位运动位移输出曲线。对影响进给平台定位精度的因素进行了分析,结果表明进给平台的定位精度主要取决于实时测量系统的测量精度。

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第一章 绪 论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 磁悬浮进给技术研究概况

1.3 论文主要研究内容

第二章 磁悬浮进给平台的设计研究

2.1 引言

2.2 磁悬浮进给技术的基本原理

2.3 新型混合励磁磁悬浮进给平台的结构及其运行原理

2.4 混合励磁式直线同步电机的电磁力特性分析

2.5 本章小结

第三章 磁悬浮进给平台的解耦控制研究

3.1 引言

3.2 解耦控制的基本原理

3.3 电磁推力和法向吸磁力的解耦控制

3.4 电磁推力和法向吸磁力解耦控制的仿真试验

3.5 解耦后进给平台悬浮稳定性分析

3.6 本章小结

第四章 磁悬浮进给平台的力学分析

4.1 引言

4.2 磁悬浮进给平台有限元模型的建立

4.3 磁悬浮进给平台的静力学分析

4.4 磁悬浮进给平台的动力学分析

4.5 本章小结

第五章 磁悬浮进给平台定位运动的仿真试验

5.1 引言

5.2 虚拟样机技术

5.3 ADAMS与MATLAB联合控制仿真技术

5.4 进给平台定位运动的仿真试验及分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 进一步的研究工作与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果