磁场同步跟随式电磁悬浮微驱动器理论分析与建模研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文摘要本论文依托于国家自然科学基金项目(No．60575055)《面向微操作的电磁悬浮式空间微运动方法及其理论研究》，提出一种新型的基于磁场同步跟随原理的电磁悬浮式微驱动器方案，通过理论分析、参数化有限元分析和实验验证，旨在构建一种大范围高精度、多自由度和快速响应的电磁悬浮式微驱动器空间微运动新方法，并建立实施该方法的理论体系。本论文提出一种新型的电磁悬浮式微驱动器设计方案，介绍磁场同步跟随原理的应用、实现方法，以及运动过程中倾斜姿态动态补偿的方法。应用复数傅立叶级数表示法、矢量磁位法和麦克斯韦张量法，建立电磁悬浮式微驱动器特征参数悬浮驱动力的

2、数学模型。通过对悬浮驱动力敏感因素，包括模型尺寸、电流强度和气隙高度进行分析，论证微驱动器设计方案的可行性。最后探讨一种电磁悬浮式微驱动器的优化设计方案，即永磁阵列采用两个45。旋转角型Halbach阵列正交矢量合成，单位周期性能提升超过6％。为证明理论分析的准确性，采用电磁场有限元软件AnsoftMaxwell3D建立电磁悬浮式微驱动器定解模型和参数化模型，参数化模型执行关于气隙高度和电流强度的单一因素参数化有限元分析，以及联合参数化有限元分析，最后对参数化有限元分析结果进行拟和分析，得到电磁悬浮式微驱动器有限元特征参数关系曲线，验证了理论分析的正确性。本论文完成

3、电磁悬浮式微驱动器的悬浮体在空载和不同载重情况下的特征参数标定实验，得到了电流强度、气隙高度、悬浮驱动力之间的关系曲线。根据悬浮驱动力的两个敏感参数的相互独立性，非线性拟和实验数据得到电磁悬浮式微驱动器实验特征参数关系曲线，对比理论特征参数关系曲线，平均误差为81．1∥m，标准差为9．即m，与理论特征参数曲线、有限元特征参数曲线吻合良好，说明了理论分析和有限元分析的正确性。关键字：磁场同步跟随；电磁悬浮；微驱动器；参数化有限元。Ⅲ浙江理工大学硕士学位论文Analysisandmodelingofanelectromagneticlevitationmicro-act

4、uatorbasedonSynchronoustrackingmagneticfieldAbstractThisthesisisbasedonthe“Electromagneticlevitationmicromotionmethodorientedmicromanipulationanditstheoreticalresearch”(ProjectofNSFC，No．60575055)．Anovelelectromagneticlevitationmicro—actuatorbasedonthesynchronoustrackingmagneticfieldisp

5、roposed．Throughtheoreticalanalysis，parametricfiniteelementanalysisandexperiments，thethesisaimsatdevelopingalargerange，highprecision，multi—degreeoffreedom，rapidresponsemicromotionmethodofelectromagneticlevitationmicro—actuator,andsettingupthetheoreticalsystemofthismethod．Thedesignofelec

6、tromagneticlevitationmicro—actuatorisproposed．Theapplicationandrealizationofsynchronoustrackingmagneticfieldandprincipleoftiltattitudecompensationisintroduced．Themethodsofvectorpotential，FourierseriesandMaxwellstresstensorareappliedtosettingupthemathematicalmodelofcharacteristicparamet

7、ers．Thefeasibilityofthismicro—actuatorisprovedthroughanalyzingsensitiveparametersincludingmodelsize，currentandairgap．Theoptimizationofmagneticarrayispresentedwhichpromotestheperformanceover6％．Illordertoprovethecorrectnessofmicro—actuatormodel，Maxwell3DisappliedtOdofiniteelementanalys