直線電磁驅動結構優(yōu)化及其懸浮控制技術研究與應用.pdf

1、直線電磁驅動技術是一種采用無接觸的電磁懸浮、導向的驅動系統(tǒng)，應用在結構振動方面，用于抵抗地震作用。陀螺儀又具有定軸性和進動性，廣泛應用于維持物體的平衡穩(wěn)定。本文結合陀螺儀與直線電磁驅動技術設計了一種直線電磁驅動陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)，研究了直線電磁驅動結構及該部分結構的懸浮控制。論文的重點包括直線電磁驅動結構方案的選擇、結構參數(shù)仿真優(yōu)化、直線電磁驅動結構建模及懸浮建模和仿真。
　　第一章綜合分析了陀螺儀的種類與應用及國內外在陀螺儀結構設計、

2、動態(tài)特性、動力學、敏感度等方面進行的研究，從安全性和穩(wěn)定性出發(fā)，提出了本文的研究內容。
　　第二章分析了直線電磁驅動AMD的驅動原理與應用、直線電磁驅動陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)的結構以及直線電磁驅動結構方案的選擇。建立了三種不同的三維繞線模型，用磁仿真MAXWELL有限元軟件對三種不同的方案進行了控制變量的三維結構的仿真，通過比較磁場大小、均勻性、磁力線走向以及x、y方向的力等指標來確定方案一為優(yōu)化對象。
　　第三章對上一章選定的直線電

3、磁驅動結構方案一進行了結構參數(shù)的仿真優(yōu)化分析。建立方案一結構的二維模型，從鐵芯齒厚（齒槽、齒芯寬）、勵磁線圈截面積和位置、質量塊厚度、懸浮間隙等因素對該結構進行仿真，通過比較磁場大小、均勻性、磁力線走向、質量塊動態(tài)變化中的受力情況作出最優(yōu)參數(shù)選擇，仿真結果表明當鐵芯齒厚為20mm，線圈截面上移增大，截面面積為8mm×20mm，AMD質量塊厚度為20mm，懸浮間隙為15mm時，各項指標綜合效果最好，以此作為直線電磁驅動的結構參數(shù)。

4、　　第四章對直線電磁驅動懸浮結構進行動力學建模與懸浮控制建模。對直線電磁驅動懸浮結構進行受力分析獲得動力學方程，并結合通電電磁線圈的電壓回路方程對非線性系統(tǒng)進行線性化處理，用傳統(tǒng)PID方法、基于直線反饋的極點配置設計方法和滑?？刂评碚撨M行了控制技術的設計，獲得了各方法的狀態(tài)方程并進行系統(tǒng)框圖建模。
　　第五章分析SIMULINK仿真軟件的作用，對建立的懸浮控制系統(tǒng)用SIMULINK工具進行了懸浮控制的結果仿真。根據(jù)設計方法選擇合適

5、的k1、k2、k3和t1、t2、t3等參數(shù)，得出了懸浮間隙的輸出波形圖，獲得了相關方法的間隙變化范圍分別為h＜0.6mm、-0.05mm＜h＜0.05mm、h≈0.028mm，實現(xiàn)了研究對象懸浮控制的設計。通過這三種方法的設計與對比，說明基于滑?？刂频脑O計方法能使主動陀螺懸浮更穩(wěn)定、振蕩小，更適合直線電磁驅動的懸浮控制。
　　第六章分析了系統(tǒng)的控制策略與工作原理，進行了系統(tǒng)的應用。將直線電磁驅動結構與建立的直線電磁驅動陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)

6、的陀螺儀動力學模型成功應用在前后置兩輪電動車上，創(chuàng)造出一種全新的安全平衡電動車，并分析了不同行駛情況的工作方案，這也是本文研究的目的;同時也分析了直線電磁驅動陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)應用在船舶上的工況。
　　第七章是對本文的內容做了簡要的總結，同時提出了本文未能深入研究的關鍵技術和未來的研究方向。
　　本文通過選取良好的直線電磁驅動結構方案，改變影響電磁性能的結構參數(shù)優(yōu)化了直線電磁驅動結構，得到了電磁性能良好的一組參數(shù)，達到了結構優(yōu)化的