开关磁阻平面电机电磁特性分析

为了加快开关磁阻平面电机的开发与应用,详细阐述了开关磁阻平面电机的组成结构和运行机理。对气隙磁导进行计算,并推导出动子3个特殊位置的电感和磁链解析计算式。采用Ansoft Max-well 3D软件进行了仿真实验,应用三维有限元法分别计算3个特殊位置的电感和磁链,并与解析计算结果进行对比,绘制了磁化曲线。仿真实验结果证明解析计算式的正确性,具有一定的实用价值。     

圆筒永磁直线同步电机磁场和推力分析

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出一种基于圆柱坐标的标量磁位分离变量法的磁场解析计算方法,并利用该解析法对无槽电机的气隙磁场分布进行理论分析,得出气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果,并解析计算了电机的推力。利用有限元数值计算法对磁场和推力结果进行验证。结果表明,该电机气隙磁场的两种计算方法的结果误差很小,验证了标量磁位分离变量法解析计算气隙磁场及电磁推力的正确性和实用性。给出实验样机的径向磁场分布实验结果,磁密实测值与计算值一致,用负载传感器对电机额定负载的推力进行了实测,验证了样机分析和设计的正确性。     

平面开关磁阻电机电磁性能分析

为了进一步完善平面开关磁阻电机的设计理论及其结构优化设计方法,本文深入研究平面开关磁阻电机电磁性能。详细介绍了平面开关磁阻电机结构,理论分析了平面开关磁阻电机电磁模型,利用Ansoft Maxwell建立了平面开关磁阻电机三维瞬态有限元模型,基于建立的有限元模型深入探讨了电磁推力、法向力与励磁电流、气隙长度、动子轭厚度之间的关系,研制了一台平面开关磁阻电机样机,并搭建了样机测力系统,进行了样机电磁性能的实验研究。研究结果表明,实验结果与有限元仿真结果相吻合,验证了提出的平面开关磁阻电机电磁性能分析方法的有效性和正确性。     

分数槽集中绕组无铁心永磁直线同步电机推力分析

为实现应用于步进扫描投影光刻机中长行程直线电机的高推力密度、低推力波动等要求,研究叠放和非叠放两种分数槽集中绕组的无铁心永磁直线同步电机推力特性,在建立空载气隙磁场分析模型的基础上,推导叠放和非叠放两种绕组形式的电机空载感应电动势、电磁推力和推力密度的解析式,分析永磁体和初级绕组的结构尺寸对电磁推力的影响规律。通过实例分析,比较推力的解析法计算结果、有限元法仿真结果和实验测试值,证明解析法的合理性。同时,分析比较不同极槽比组合的叠放和非叠放分数槽集中绕组的电机电磁推力和推力密度的大小。结果表明:少极多槽极槽比的叠放分数槽集中绕组形式电机产生的电磁推力与推力密度更大。     

无铁心永磁同步直线电机推力谐波分析与消除

直线电机的推力波动较大,限制其在超精密领域的应用。推力中的谐波是无铁心永磁同步直线电机推力波动的主要原因之一,消除推力中的部分谐波可以有效降低推力波动。该文建立了无铁心永磁体同步直线电机推力谐波的解析模型,揭示了结构参数与推力波动间的关系,并提出了低推力波动直线电机的设计准则。将设计准则应用于一类直线电机的优化设计中,提出了消除推力中特定阶次谐波的结构参数设计方法。设计结果与有限元仿真结果和实验结果进行比对,验证了解析模型的准确性和设计方法的有效性。     

直线感应电机推力和法向力的解析计算与分析

针对直线感应电机特有的边缘效应对气隙磁场引起的畸变以及法向力不易解析计算的问题,通过电磁场分析量化表征纵向边缘效应对磁场的负面作用,并使用有效初级绕组相感应电势的方式得到等效系数.对导磁层和导电层的横向边缘效应,分别给出了相应的修正系数.给出计算直线感应电机运动方向磁密与法向力的解析方法.仿真计算与实验结果的比较表明:该方法能够准确定量计算不同气隙和供电频率下的推力和法向力的变化曲线,通过推力与速度、推力与气隙、法向力与速度等曲线,计算方法物理意义明确、计算简单,能够满足工程计算的需要.     

复合电流驱动的永磁同步平面电机

提出一种新型复合电流驱动的永磁同步平面电机,简单介绍了该平面电机的结构和原理,利用标量磁位和边界条件对永磁阵列所产生的磁场进行解析分析,分别推导出电磁力和反电动势的表达式,建立电机的数学模型。在实验室条件下,设计制造一台样机并进行相关实验研究,通过对比试验和仿真结果,验证了解析设计的合理性。     

用于电磁弹射的容错型初级永磁直线电机特性

提出一种应用于电磁弹射的新型双边容错型初级永磁型直线电机,该种电机具有次级结构简单的特点。首先,本文给出了电机的结构和工作原理。其次,在采用二维有限元对电机的静态推力特性分析基础之上,通过能量法对电机推力公式进行了推导分析,并且对电机的容错特性进行了分析。然后,采用瞬态有限元对电机在正常和断路故障下的推力变化进行了仿真分析,并对电磁弹射过程电机运行情况进行了仿真分析。最后,通过一个同比例缩小的小尺寸同类电机进行了实验研究,验证了电机的推力特性和容错性能。仿真和实验结果显示该电机具有高的推力密度、较小的推力波动和简单的控制策略,在电磁弹射系统应用中具有很好的前景。     

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场和推力解析计算

介绍了一种基于标量磁位分离变量法(圆柱坐标)的径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场解析计算方法。利用该解析法理论分析了无槽电机的气隙磁场,得到了气隙磁场的轴向和径向磁场分布的解析结果;同时对有槽电机引入了卡特系数并利用许-克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数,得出了径向磁通密度的解析表达式;此外,文中还利用解析法计算了无槽电机的推力;通过有限元数值算法对磁场和推力进行计算,结果表明,该电机气隙磁场及电磁推力的两种计算方法的结果误差很小,验证了解析法的正确性和实用性。最后给出了无槽型实验样机的径向磁场分布以及电机额定负载时的推力实验结果,验证了样机分析和设计的正确性。     

弯纵复合大推力直线超声波电机

设计了一种三阶纵向振动和八阶弯曲振动复合的大推力直线超声波电机,阐述了其结构和工作原理;采用有限元法对定子进行动力学分析,用ANSYS有限元软件计算定子的振动模态,进行谐响应分析;建立定子和滑块的接触模型,得到预压力和定子推力之间的关系.通过实验方法测量定子阻抗特性,将所得结果与理论分析相比较,并得到电机的动态特性.     

平面电动机的发展现状(Ⅰ)

对国内外平面电动机的研究现状和应用情况进行了综述。平面电动机具有二维直接驱动的特点,作为可以实现高精度、高频响的平面定位装置,近年来受到广泛关注。文章对变磁阻型、感应型以及部分永磁型平面电动机的结构、原理和特点进行了归纳总结。     

三自由度永磁同步平面电机的控制策略

在介绍三自由度平面电机的结构和工作原理之后,提出执行器的电磁力方程和平面电机的运动控制方程,推导合外力和执行器水平电磁力的转换方程,提出平面电机的三自由度解耦控制策略.设计三个自由度的位置伺服控制算法,进行单自由度定位和三自由度同时定位实验.平移运动的上升时间为0.1 s,稳态误差为10 μm,旋转运动的上升时间为0....     

平面电动机设计、控制与应用技术综述

平面电动机具有二维直接驱动的特点,它在二维平面定位装置特别是精密二维平面定位装置中具有广阔的应用前景,受到学术界和工业界的广泛关注.本文分析了平面电动机设计理论、控制方法和应用技术的研究现状,考察了平面电动机产品的发展概况,针对目前平面电动机技术存在的不足,讨论了未来平面电动机技术发展的主要方向.     

平面电动机的发展现状(Ⅱ)

对国内外平面电动机的研究现状和应用情况进行了综述。平面电动机具有二维直接驱动的特点,作为可以实现高精度、高频响的平面定位装置,近年来受到广泛关注。文章主要对其它永磁型平面电动机进行了总结,分析了不同结构平面电动机的特点,并讨论了平面电动机的未来发展方向。     

平面电机的海尔贝克型直线电机执行器

平面电机的电磁执行器由4组海尔贝克(Halbach)型永磁同步直线电机构成。介绍平面电机的结构和工作原理,给出执行器样机的结构方案和解耦电磁力方程,推导执行器样机的运动控制方程,并提出执行器的电流控制策略,给出电流控制、静态力测量、开环定位、闭环定位的实验步骤和结果,其中,500 mA电流阶跃响应的调节时间为2.5 ms,稳态误差小于5 mA;海尔贝克型执行器的机电常数实测值为17.4 N/A,为径向阵列型执行器的1.36倍;开环定位的平均误差为50 mm;闭环10 mm阶跃响应的调节时间为350 ms,稳态误差小于20 mm。实验结果表明,海尔贝克型执行器的电磁力模型较准确,电流控制策略可行。     

基于历史与磁检测信息的永磁同步平面电机定位方法

通过检测永磁同步平面电机固有的空间磁场实现平面三自由度定位,能够简化运动位移传感器的结构布局,对电流相位的确定和运动控制的精度实现具有重要意义.然而,由于磁场空间分布的非线性,若直接采用常规的数学方法计算三自由度位移,会导致问题极其复杂且求解精度低.本文从信息融合的角度,运用电机运动的连续性与惯性,提出一种顺序求解算法,可实现平面三自由度位移的高精度、快速求解.该算法基于电机的历史位移和磁场检测信息,解决了原方法由于计算模型限制导致的收敛速度慢的问题.这种基于顺序求解的定位方法较原方法提高了位移分辨率和计算效率,为实现永磁同步平面电机的高精度运动控制铺平道路.     

复合电流驱动永磁同步平面电机的设计方法

提出一种新型复合电流驱动的永磁同步平面电动机方案,介绍了该平面电动机的结构形式、运行原理和特点。针对其特殊结构形式和工作原理,研究该类型平面电机的设计方法。确定了该平面电机的主要尺寸,并推导出主要尺寸的计算公式。对平面电机线圈和永磁体的设计分别进行了研究,并分析了线圈截面高度和永磁体厚度对平面电机性能的影响。依据所提出的设计方法,加工制作了一台样机,并进行了相关实验,通过分析比较实验结果,验证了设计方法的合理性。     

开关磁阻式平面电动机及其控制

该文提出了一类新颖结构的平面电动机，这类电动机采用开关磁阻电动机的工作原理，结构简单、适用性强，可产生直接驱动的平面运动；在对平面电动机特性分析的基础上，进行了速度自抗扰控制研究；采取的特殊结构使半面电动机两个方向的运动解耦，使平面电动机的平面运动控制等效为两个直线电动机的运动控制；利用扩张状态观测器对扰动的观测和补偿，实现了速度的自抗扰控制；在进行控制器设计时，采用力分配函数的方法，即减小了纹波推力扰动，又使控制器的设计简单和易于实现；实验结果验证了所用方法的可行性和有效性。     

平面开关磁阻电机模型参考自适应位置控制

为了提高平面开关磁阻电机的位置精确度,研究一种基于模型参考自适应控制理论的平面开关磁阻电机控制方法。采用最小二乘法辨识了平面开关磁阻电机的线性化模型参数,根据李亚普若夫稳定性理论,以力指令为控制量并采用输入输出变量设计了平面开关磁阻电机模型参考自适应位置控制器,基于dSPACE半实物实时仿真系统,构建了实时在线控制实验平台,进行了平面开关磁阻电机的模型参考自适应位置控制实验。研究表明:基于模型参考自适应控制的平面开关磁阻电机系统能平稳、准确地跟随给定位置,提高了电机位置精确度,验证了提出的平面开关磁阻电机模型参考自适应控制方法的可行性和有效性。     

Anti‐windup algorithm with priority to proportional control output of speed PI controller for precision servo system

A robust servo system is important for performance improvement of motion control systems in several industry applications. Generally, a high‐speed positioning servo system consists of robust control systems with integrator, such as PI controller. The industrial servo system always has the limitation for the capacity of the actuator and power amplifier. An ordinary industrial position servo system often has to deal with the saturation of motor current and motor speed. It is difficult for the high‐speed positioning servo system to keep the robust position control against the saturation of motor current and motor speed. This is the case because an ordinary position servo system has a complicated control structure with many control loops. Hence, it sometimes has a large overshoot and an oscillated response due to the limitation of motor current and motor speed. In order to overcome this problem, this paper proposes a new robust high‐speed positioning servo system considering the saturation of torque current and motor speed. The experimental results show that the proposed robust high‐speed positioning servo system has quick and stable position response for the saturation of motor current and motor speed. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 170(3): 57–64, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20904