基于Halbach永磁陣列的高精度平面電機(jī)的研究.pdf

1、隨著材料科學(xué)及先進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展，微米、納米級(jí)別的高精度定位平臺(tái)技術(shù)得到了深入的研究和發(fā)展。論文首先闡述了Halbach永磁陣列和高精度定位平臺(tái)的研究現(xiàn)狀，接著綜述了永磁陣列、繞組陣列、懸浮方式、軸承、電磁執(zhí)行器、位移傳感器等平面電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)，以及Halbach陣列在平面電機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。 提出了一種基于傅立葉分解的磁場(chǎng)分析方法，該方法可分析包括永磁陣列和繞組電流層在內(nèi)的所有區(qū)域，并便于磁場(chǎng)諧波分析。使用該方法對(duì)直線電機(jī)執(zhí)行器

2、進(jìn)行電磁分析，求解Halbach永磁陣列和繞組電流的磁場(chǎng)。使用Maxwell應(yīng)力張量法求解直線電機(jī)的電磁力，利用DQ分解法對(duì)電磁力進(jìn)行解耦，并提出對(duì)應(yīng)的電流變換法則。分析直線電機(jī)定子電路的集總參數(shù)模型。 在分析了平面電機(jī)的主流結(jié)構(gòu)后，提出了平面電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和樣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。介紹系統(tǒng)電磁部分的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，包括：Halbach永磁陣列的加工工藝、直線電機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、線圈的制造工藝、平面電機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)。介紹系

3、統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，包括：動(dòng)子平臺(tái)的設(shè)計(jì)和加工、定子芯的加工工藝、平面電機(jī)的裝配等。 介紹了Halbach型直線電機(jī)執(zhí)行器樣機(jī)的結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)控制方程，提出了執(zhí)行器的電流控制策略。給出了電流控制實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)、開(kāi)環(huán)定位實(shí)驗(yàn)、閉環(huán)定位實(shí)驗(yàn)的原理步驟結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Halbach型執(zhí)行器的電磁力模型較準(zhǔn)確，電流控制策略可行。 為實(shí)現(xiàn)磁懸浮平面電機(jī)6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的解耦控制，提出了模式力的概念和基于模式力的

4、解耦動(dòng)力學(xué)模型，提出了基于小信號(hào)分析和基于模式力的兩種不同的平面電機(jī)解耦控制策略。設(shè)計(jì)了樣機(jī)的X位置伺服控制器，仿真結(jié)果表明，該控制器使解耦后的X位置控制達(dá)到了預(yù)期的動(dòng)靜態(tài)性能，并具有良好的抗擾動(dòng)性和魯棒性。 為實(shí)現(xiàn)XYθZ三自由度平面電機(jī)的解耦控制，提出了基于模式力的三自由度平面電機(jī)的解耦控制策略，推導(dǎo)了系統(tǒng)的位置傳感器方程。給出了平面電機(jī)開(kāi)環(huán)定位實(shí)驗(yàn)、X單自由度定位實(shí)驗(yàn)、Y單自由度定位實(shí)驗(yàn)、θZ單自由度定位實(shí)驗(yàn)、XYθZ三自