永磁球形电机电磁悬浮力控制策略的研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机

2、构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要永磁球形电机可实现输出轴的多自由度运动，能够简化机械系统的结构，提高传动系统的响应速度和定位精度，是国内外电机领域的一个研究热点。但目前永磁球形电机的相关技术尚未成熟，仍处于理论探索阶段。本文提出一种新型结构的永磁球形电机，建立了电机的有限元模型，利用有限元法分析了定子线圈在不同磁极位置下的电磁力分布，在此基础上，分析了三自由度永磁球形电机的自转转矩。本文研究了永磁球形电机磁悬浮力的合成方法，利用定转子之间的洛伦兹力同时产生磁悬浮力和转矩。由

3、于定转子不直接接触，从而克服了摩擦转矩对运动控制的不利影响。建立了磁悬浮力的电流控制方程，通过控制各定子线圈的电流，控制各线圈产生的力的大小，合成所需的磁悬浮力。利用Matlab建立仿真模型，给出了转子球心不变时，磁悬浮力与线圈电流的关系，结果表明磁悬浮力的合成方式是可行的，为控制系统设计提供了理论基础。本文将恒定开关频率电流滞环控制方法应用到永磁球形电机上，传统电流滞环控制方法虽然拥有响应速度快，硬件结构简单等诸多优点，但是其滞环宽度固定导致功率器件开关频率变化。本文采用环宽预测方法，根据电流误差的斜率调节滞环宽度，实现了开关周期的实时调整，稳定了滞环开关频率。本文介

4、绍了基于DSPTMS320F2812的永磁球形电机控制系统实验平台，给出了硬件电路的主要组成部分，并在实验中实现了永磁球形电机自转运动。关键词：永磁球形电机有限元磁悬浮力滞环控制恒定开关频率ABSTRACTThepermanentmagnet(PM)sphericalmotorcanrealizemultiple-DOFmotion.Itgreatlysimplifiesthemechanicalstructureandimprovestheresponseandpositioningaccuracyoftransmissionsystems.Therefore,itb

5、ecomesanewresearchhotspotinPMmotorfield.However,relatedtechnologiesinthisbrancharenotmature,mostofwhicharestillintheoreticalstage.ThispaperproposesaPMsphericalmotorwithanewstructureandbuildsitsfiniteelementmodel.TheelectromagneticforcesbetweenthePMpolesandthecoilsatdifferentpositionsarea

6、nalyzed.Basedontheabove,therotationtorqueofPMsphericalmotorisobtained.Inthispaper,asynthesismethodofmagneticlevitationforceinPMsphericalmotorispresentedandLorentzforceisutilizedtoproduceatthesametimerotationtorqueandlevitationforce.Asthereisnodirectcontactbetweenthestatorandrotor,itoverc

7、omestheadverseimpactoffrictiontorque.Thentheequationoflevitationforcecontrolisestablished.Therequiredmagneticlevitationforcecanbesynthesizedbycontrollingthestatorcurrents.Simulationmodelisconstructed;furthermoretherelationshipsbetweencoilcurrentsandmagneticlevitationforce