無軸承永磁薄片電機懸浮力模型及數(shù)字控制研究.pdf

1、無軸承永磁薄片電機是一種新型的無軸承電機,可實現(xiàn)五自由度全懸浮,一方面繼承了傳統(tǒng)無軸承電機的一系列優(yōu)點:無磨損、免維護、長壽命、超潔凈、低噪音等特點,另一方面也彌補了傳統(tǒng)無軸承電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本昂貴的缺點,在小型化、高密封性、超潔凈、超高速、超低噪音等驅(qū)動領(lǐng)域成為新的研究和應(yīng)用熱點。無軸承永磁薄片電機不僅是無軸承電機驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域中的一次飛躍,也是微型電機、密封泵的一大突破,對我國生物工程技術(shù)、醫(yī)藥工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、航空航天等

2、領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的意義。
　　 本論文以爪極式定子結(jié)構(gòu)的無軸承永磁薄片電機為研究對象,從理論到實驗,對無軸承永磁薄片電機可控徑向懸浮力公式,電機矢量數(shù)學(xué)模型、轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制策略、懸浮力控制的直接位移控制策略以及電氣數(shù)字控制系統(tǒng)進行了較為深入的研究。
　　 首先,系統(tǒng)地論述了無軸承永磁薄片電機的特點與應(yīng)用、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。針對爪極式定子結(jié)構(gòu)的無軸承永磁薄片電機的特點,深入分析了無軸承永磁薄片電

3、機的懸浮機理和運行特點,從麥克斯韋應(yīng)力張量原理角度,分析并推導(dǎo)了無軸承永磁薄片電機的徑向懸浮力數(shù)學(xué)公式和完整的電機矢量數(shù)學(xué)模型。借助Ansoft Maxwell 12分析軟件,利用有限元分析方法,對所建立的徑向懸浮力數(shù)學(xué)公式進行了分析驗證,系統(tǒng)地分析了轉(zhuǎn)矩繞組電流、懸浮力繞組電流、轉(zhuǎn)子偏心等方面對徑向懸浮力的影響,并研究其相關(guān)規(guī)律。
　　 其次,針對無軸承永磁薄片電機的本質(zhì)和特殊的結(jié)構(gòu)特點,研究了無軸承永磁薄片電機控制策略,采用

4、轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制策略對其轉(zhuǎn)矩進行控制,采用直接位移控制策略對其懸浮力進行控制,并根據(jù)控制策略進行無軸承永磁薄片電機電氣數(shù)字控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計,同時為了方便系統(tǒng)調(diào)試和控制,開發(fā)了人機交互系統(tǒng)。
　　 最后,構(gòu)建以TMS320F2812 DSP為核心的無軸承永磁薄片電機電氣數(shù)字控制系統(tǒng),進行了無軸承永磁薄片電機樣機組裝與電氣數(shù)字控制系統(tǒng)調(diào)試,然后進行無軸承永磁薄片電機靜態(tài)懸浮驗證和動態(tài)懇浮驗證,并進行實驗結(jié)果分析。實驗結(jié)果驗