矩形永磁体相互作用的六维空间力的测定的研究

摘要

随着永磁悬浮列车系统的发展，掌握和认识相互作用的永磁体磁场力作用规律显得越来越重要。本文围绕如何设计一套精确测量相互作用矩形永磁体磁场力和力矩的装置及如何标定该装置的问题进行了系统的研究。结合理论力学基础知识，采用实验方法给出了一种标定六维测力传感器物理坐标系坐标轴方向及坐标原点的可行方法，并对相互作用矩形永磁体的空间作用力进行了初步测量。 三维可移动测量平台可以实现在水平面内的两个相互垂直方向及竖直方向中的任意一个方向移动定位，并且每一个方向的位置都可以通过位移传感器采集并实时传递到微机，完成位移测量。两个六维测力传感器分别固定于水平面的载物台及竖直方向的载物台，位移测力传感器把所受到的三维力和三维力偶实时送入微机，完成力和力矩的测量。 采用对测力传感器施加三个线性无关力的方法，求出了传感器坐标系的三个坐标轴方向，并对三个方向分力进行了标定验证实验。通过实验方法找出了测力传感器物理坐标系的坐标原点，并用实验方法对找到的坐标原点进行了标定验证实验。依据空间中力的平移及等效定理，推导了传感器测得的力和力矩到永磁体实际受到的力和力矩的变换公式。 基于面向对象思想设计实现了采集软件，可以实时采集力、力偶及位移数据；编写了数据处理软件，可以方便的对采集后的数据进行相关处理。 初步测量了相互作用矩形永磁体的三维力和力偶，给出了相互作用矩行永磁体力和力偶的分布规律图，定性的分析了力和力偶的分布特征，并把所得的数据与矩形永磁体磁场分布规律进行了比较分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2永磁体悬浮研究现状

1.3永磁体磁场计算研究现状

1.4永磁体磁场测量研究现状

1.5本课题研究内容和研究意义

1.6本课题研究思路

1.7论文结构

第二章相互作用矩形永磁体六维分量测量的方法

2.1矩形永磁体相互作用六维分量的测量

2.1.1六维测力传感器的工作原理

2.1.2六维测力传感器的标定矩阵

2.2矩形永磁体空间位置的测量及应用

2.2.1光栅位移传感器的工作原理

2.2.2光栅位移传感器与光栅编码采集卡实现位移测量

2.3三维可移动载物实验台的设计及实现

2.4测力系统的整体结构及工作流程

2.5本章小结

第三章相互作用矩形永磁体六维分量测量系统的工作原理及实现

3.1测力传感器的标定

3.1.1测力传感器的标定方法

3.1.2传感器坐标系坐标原点的确定

3.2 69号传感器标定

3.2.1 69号传感器坐标轴方向的确定

3.2.2 69号传感器三个方向分力的标定

3.2.3 69号传感器坐标原点的确定

3.2.4 69号传感器坐标原点的验证

3.3位移传感器的标定

3.3.1位移传感器的标定方法

3.3.2位移传感器的测量精度

3.4传感器与微机的连接

3.4.1测力传感器与PC的连接

3.4.2位移传感器与PC的连接

3.5采集软件的设计及实现

3.5.1系统设计

3.5.2采集测量流程

3.5.3系统实现

3.6本章小结

第四章实验数据测量

4.1测量实验

4.1.1测量对象

4.1.2永磁铁的固定

4.2实验测量方案

4.3实验测量结果

4.3.1沿X正方向力和力矩

4.3.2沿Y正方向力和力矩

4.3.3沿X负方向力和力矩

4.4本章小结

第五章实验数据分析及讨论

5.1实验测量结果的定性分析

5.2实验结果与磁场分布实验结果的对比

5.2.1 X方向分力分布与X方向磁场分布比较

5.2.2 Y方向分力分布与Y方向磁场分布比较

5.2.3 Z方向分力分布与Z方向磁场分布比较

5.3本章小结

结论

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢