直線旋轉(zhuǎn)永磁作動器及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、直線旋轉(zhuǎn)永磁作動器（LRPMA）是一種利用單套定動子實現(xiàn)直線、旋轉(zhuǎn)或螺旋運動功能的新型兩自由度永磁作動器，可用于替代由多個驅(qū)動部件組合構(gòu)成的直線旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)，在機器人和汽車自動檔等工業(yè)和民用領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，對其電磁設(shè)計、數(shù)學建模與運動控制進行深入研究具有重要的理論意義和工程應用價值。
　　 本文在全面分析現(xiàn)有LRPMA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型單向磁路LRPMA，對該作動器的電磁設(shè)計與分析理論、磁場解析與電磁力/電磁轉(zhuǎn)

2、矩分析、數(shù)學模型、控制系統(tǒng)仿真與實驗等進行了全面深入的研究。論文的主要研究工作與成果包括以下幾個方面:
　　 系統(tǒng)地介紹和分析了現(xiàn)有各類直線旋轉(zhuǎn)作動器拓撲形式和控制方法，比較了各類LRPMA的主要結(jié)構(gòu)與性能特征;給出了典型LRPMA的拓撲結(jié)構(gòu)，分析了其運行原理;提出了一種僅含周向磁路的新型單向磁路LRPMA，采用磁路方法進行了分析，建立了三維有限元計算模型，給出了其電磁設(shè)計方法。
　　 基于求解圓柱坐標系下的Laplac

3、ian方程和虛宗變量Bessel方程，給出了LRPMA空載氣隙磁場分布的直接解析計算方法;基于二維、三維直角坐標系和極坐標系下的表貼永磁機構(gòu)氣隙磁場分布，提出了一種等效曲率系數(shù)方法，對圓柱坐標系下的空載氣隙磁場提出了簡化的間接解析計算方法。對Halbach型LRPMA在圓柱坐標系下的空載氣隙磁場分別進行了直接和間接的解析計算。
　　 在空載氣隙磁場解析計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，基于虛功法推導了有鐵心LRPMA的電磁轉(zhuǎn)矩/電磁力的解析公式

4、;基于麥克斯韋應力張量法，推導了有鐵心LRPMA的定位轉(zhuǎn)矩/定位力的解析公式;基于洛倫茲力法，推導了無鐵心LRPMA的電磁轉(zhuǎn)矩/電磁力的解析公式。并對作動器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。
　　 建立了LRPMA的九相定子坐標系數(shù)學模型。提出一種新型9/4相雙dq數(shù)學變換，建立了動子坐標系下的數(shù)學模型，提出了直線旋轉(zhuǎn)運動的解耦控制策略。基于MATLAB/SiMulink建立了控制系統(tǒng)的通用仿真模型，對解耦控制進行仿真分析。采用雙DSP構(gòu)建了L