用直线电动机驱动并联机床的理论研究

针对现代机床向精密和高速发展的趋势，提出了把直线电动机引入并联机床，使并联机床在零传动条件下实现精确进给和高效加工。阐述了直线步进电动机的驱动要点，给出了这种新式并联机床的基本模式。     

直接磁悬浮永磁直线电动机运行机理研究

为了消除直线电动机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种靠自身产生的磁悬浮力来解决数控机床进给系统的悬浮问题的新型直接磁悬浮永磁直线同步电动机。采用虚位移法建立其瞬态场中推力及磁悬浮力解析表达式,并且利用有限元软件ANSOFT对电动机进行了建模及分析,将解析计算结果与ANSOFT的计算结果进行比较,证明了采用虚位移法所建立模型的正确性,同时仿真结果也证明该直接磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生解耦的并且可控的推力和悬浮力,实现无摩擦进给。     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

可控励磁磁悬浮进给平台电磁特性的有限元分析

设计一种可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台,平台与直线同步电动机动子固定相连,直线同步电动机同时实现平台的进给与悬浮。可控励磁磁悬浮进给平台的电动机定子为直流励磁,磁极既是励磁磁极也是平台的悬浮磁极,磁极与动子铁心间的法向力为平台的悬浮力,调节励磁电流改变平台的悬浮力;电枢在磁场中受到的切向力为驱动平台的电磁推力,调节电枢电流以调节平台的电磁推力。为了研究可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台的电磁特性,建立了该平台的数学模型和运动方程,并在数学模型的基础之上对电磁推力与悬浮力进行有限元计算。电磁推力的解析计算结果与有限元分析结果相比较,最大相对误差为8.73%,悬浮力的解析计算结果与有限元分析的结果相比较,最大相对误差为19.15%。计算结果表明可控励磁磁悬浮进给平台运行的可行性。     

直线电动机在磨床上应用的理论分析

指出了磨床的进给运动采用直线电动机驱动系统较之传统的滚珠丝杠形式具有一系列的优点.分析了摩擦力、磨削力、力波动对机床进给系统的影响.通过相关的物理学理论,建立了进给系统的动力学方程,在此基础上建立了摩擦力、磨削力、力波动的数学模犁,从而为进给系统数学模型作了基础性工作.该项研究为未来直线电动机驱动系统在磨床上的广泛应用具有指导性意义.     

数控机床用直线电动机高速进给单元应用设计

分析了直线电动机用于机床进给系统的结构特点，针对非圆截面加工的特殊要求，设计了用于数控机床进给系统的直线电动机驱动部件。     

小尺度注塑件浇道剪切机构的研究

分析了小尺度注塑件浇道剪切的要求与特点,提出了凸轮机构式定位、伸入、剪切运动组合剪切方案,详细分析了驱动部件--直线步进电动机的推程、推力的计算方法,最后用实验验证了剪切机构的可行性、直线步进电动机选型的合理性.该机构具有很好的实用价值.     

直线电动机速度控制的研究

利用直线电动机作为快速伺服进给单元,实现机床的零传动,能达到高速高精度加工目的.但直线电动机在运行过程中进给速度越大,电动机实际运动的位置跟随理论运动的位置性能越差,如何降低系统响应的跟随误差,是使系统性能优化的关键.通过PMAC双闭环控制,专家自适应PID伺服控制环调整控制参数,能使直线电动机进给系统获得良好的动态及稳态性能.     

高精数控机床永磁直线进给工作台的力学性能分析

高精数控机床永磁直线进给系统的力学特性严重影响机床性能,为研究直线进给系统的力学性能,将永磁直线同步电动机动子与工作台作为一体化结构,利用有限元法对在直线电动机法向电磁力作用下的进给工作台分别进行静力学和动力学分析,并对样机进行了振动测量。结果表明:永磁直线同步电机动子与工作台作为一体结构的变形比电机动子单一结构的变形大,固有频率也有所降低,更易产生共振。精密机床的直线进给系统作为机电一体化结构,应将电机和机械结构作为整体进行分析研究才有实际意义。     

大型曲轴车铣机床伺服进给系统设计研究

在大型曲轴车铣机床进给系统设计中,依据该机床的车铣和受力特点,在进给系统中采用了双蜗杆无间隙传动机构,采用了直线伺服双驱动机构。并以直线单驱动为基础,引入了交流伺服电动机和传动机构的数学模型,并运用传统PID算法对所设计的进给系统进行控制计算,利用MATLAB对系统的动态性能进行仿真,并确定了伺服机构的参数,并以此又给出了避免直线双驱动过定位的条件,为大型曲轴加工机床进给系统的设计提供了理论依据。     

新型圆筒直线电机推力的解析与数值方法研究

提出了一种新型圆筒直线电机结构.建立了适合其结构特征的轴对称涡流解析方程,给出了方程的解析解.并采用变分方法建立了该轴对称场的有限元模型.数值分析结果表明:两种方法的计算结果一致,验证了解析模型的正确性和可行性.基于分析结果,经选取合适的电机参数,制作了样机,并测试了该电机启动推力变化情况.实验结果和计算结果相符,表明解析模型满足了新型圆筒直线电机的计算要求,同时也验证该方法的可靠性.结果还表明该电机满足了动感雕塑隐蔽驱动的要求.进一步还研究了电机气隙大小、次级厚度等主要结构参数对电机推力等性能的影响,结果显示:气隙增大,推力减小;次级厚度为10mm时,推力为198.51N,达到最大.     

机床进给用永磁同步直线伺服单元的设计与实验研究

在与其他形式电机比较的基础上，研究了满足数控机床要求的永磁同步直线电机电磁结构设计和伺服控制系统的软硬件开发，解决了直线电机性能实验加载、与速度相关的参数记录等问题，对研制开发的实验样机进行了性能测试，特别给出了定位力的实验方法和测试结果，测试结果表明所开发的样机具有较好的性能。     

基于绕组函数的长定子直线同步电机建模研究

针对精确的直线同步电机数学模型建立困难的问题,提出了基于绕组函数法的长定子直线同步电机绕组电感的计算方法,并推导出了直线电机各电感参数计算公式,然后建立了相应的直线同步电机数学模型。此外,利用电感参数在Simulink里搭建了直线同步电机矩阵微分方程,通过仿真结果得到了三相电流、励磁电流和电磁推力波形。最后,基于长定子同步直线电机的结构尺寸建立了一对极有限元模型,定子绕组通入三相交流电,动子绕组通入直流励磁电流,通过设置适当的剖分,将得到的电磁推力和解析法的电磁推力进行了对比。研究结果表明,有限元分析法和解析法得到的电磁推力结果一致,从而论证了基于绕组函数法的直线电机数学模型建模方法,为以后的直线电机数学建模提供了参考。     

基于支持向量化与混沌搜索的新型直线电机参数优化

以一种新型圆筒直线电机为研究对象,推导出了适合其结构特征的电磁方程;采用变分方法,建立了电机轴对称涡流场的有限元模型;通过仿真计算,得出了电机的启动推力和电流;样机试制和输出性能测试表明了有限元模型的正确性.基于正交和随机混合试验设计方法安排有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间;通过支持向量机对结构参数与计算结果的输入输出关系进行非参数回归建模,然后用混沌搜索方法对回归函数进行优化,得出最优目标结构参数.有限元仿真验证表明,基于支持向量机和混沌搜索的优化方法用于研究新型直线电机电磁结构参数是可行的.     

新型直驱四轴数控机床电机驱动力优化研究

基于模块化设计技术,研究了一种完全由直线电机驱动的新型四轴联动数控机床,并介绍了其基本结构型式。以该机床并联主轴模块为研究对象,基于虚功原理,并结合其运动学特性,建立了该主轴机构的刚体动力学模型。以此,提出了机床配重质量配比优化方法,对单边并联双直线电机驱动力进行了优化。结果表明：在相同运动规划条件下,该方法可显著降低电机负载功率,有效提升数控机床的动态性能。     

平行四杆式自动装卸机构的优化设计

本文论述了平行四杆式自动装卸机构的总体设计方案。以油缸工作推力最小化为目标函数，对装卸机构进行了优化设计，并在此基础上，绘制了油缸工作推力的变化曲线图，求出了提升额定载荷时所需的油缸最大工作推力。本文建立的优化数学模型具有通用性。     

Precision motion control of permanent magnet linear motors

In the paper, a method of precision motion control for permanent magnet linear motors is proposed. Unlike rotational motors, permanent magnetic linear motors are more sensitive to various force disturbances because of the reduction of gears. So, as a feedback compensator, a disturbance observer is used to compensate the force disturbances based on the disturbance model. But the force disturbances of permanent magnetic linear motors cannot be fully compensated owing to the error of dynamic model, inaccurately detected velocity and acceleration, especially when a permanent magnetic linear motor runs in low speed. Further analysis shows that the force ripple is the main force disturbance when the velocity of a PMLM is close to zero, and the disturbance model denotes that the force ripple is position dependent. In order to further suppress the force disturbances of permanent magnetic linear motors a feedforward neural network using the BP algorithm is proposed to approximate and compensate the force ripple. The experimental results show that the force ripple is efficiently alleviated and the high positioning precision can be achieved by using the proposed precision motion control method.     

FORCE RIPPLE SUPPRESSION TECHNOLOGY FOR LINEAR MOTORS BASED ON BACK PROPAGATION NEURAL NETWORK

Various force disturbances influence the thrust force of linear motors when a linear motor （LM） is running. Among all of force disturbances, the force ripple is the dominant while a linear motor runs in low speed. In order to suppress the force ripple, back propagation（BP） neural network is proposed to learn the function of the force ripple of linear motors, and the acquisition method of training samples is proposed based on a disturbance observer. An off-line BP neural network is used mainly because of its high running efficiency and the real-time requirement of the servo control system of a linear motor. By using the function, the force ripple is on-line compensated according to the position of the LM. The experimental results show that the force ripple is effectively suppressed by the compensation of the BP neural network.     

一种研究异步电动机振动的新方法

在理论上建立了异步电动机转矩的模型,提出了异步电动机振动边频结构分析法。并进一步讨论了振动机电调特性和边频带非迭混特性。结合故障实例,对异步电动机的磨损动不平衡和电压波动实测振动信号进行了处理和分析。实验结果与理论结论相一致。因而表明,边频结构分析法是研究异步电动机振动的一种有效方法。它可应用于异步电机振动特征频率的识别、状态监测和故障诊断。     

数字液压缸非线性建模仿真与试验研究

以航天器转运平台使用的数字液压缸为研究对象,根据其结构特点和内部闭环控制原理,综合考虑步进电机旋转、丝杠螺旋反馈、阀芯轴向受力、液压缸上的摩擦力这些非线性因素影响,在Simulink中建立精确的数字液压缸非线性模型,并通过试验验证了模型的准确性。利用模型重点分析定位精度的影响因素,结果表明：供油压力波动会降低定位精度;减小步进电机频率可以提高定位精度。同时根据仿真及试验提出了通过调整输入脉冲量提高精度的方法,可以满足转运平台工作时的精度要求。