無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)懸浮力模型及數(shù)字控制研究.pdf

1、無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)是一種新型的無(wú)軸承電機(jī),可實(shí)現(xiàn)五自由度全懸浮,一方面繼承了傳統(tǒng)無(wú)軸承電機(jī)的一系列優(yōu)點(diǎn):無(wú)磨損、免維護(hù)、長(zhǎng)壽命、超潔凈、低噪音等特點(diǎn),另一方面也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無(wú)軸承電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本昂貴的缺點(diǎn),在小型化、高密封性、超潔凈、超高速、超低噪音等驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域成為新的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)不僅是無(wú)軸承電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中的一次飛躍,也是微型電機(jī)、密封泵的一大突破,對(duì)我國(guó)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(wú)軸承永磁薄片電機(jī)為研究對(duì)象,從理論到實(shí)驗(yàn),對(duì)無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)可控徑向懸浮力公式,電機(jī)矢量數(shù)學(xué)模型、轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(jìn)行了較為深入的研究。
　　 首先,系統(tǒng)地論述了無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)爪極式定子結(jié)構(gòu)的無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的特點(diǎn),深入分析了無(wú)軸承永磁薄片電

3、機(jī)的懸浮機(jī)理和運(yùn)行特點(diǎn),從麥克斯韋應(yīng)力張量原理角度,分析并推導(dǎo)了無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的徑向懸浮力數(shù)學(xué)公式和完整的電機(jī)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(duì)所建立的徑向懸浮力數(shù)學(xué)公式進(jìn)行了分析驗(yàn)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(duì)徑向懸浮力的影響,并研究其相關(guān)規(guī)律。
　　 其次,針對(duì)無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的本質(zhì)和特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研究了無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)控制策略,采用

4、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制策略對(duì)其轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制,采用直接位移控制策略對(duì)其懸浮力進(jìn)行控制,并根據(jù)控制策略進(jìn)行無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)電氣數(shù)字控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì),同時(shí)為了方便系統(tǒng)調(diào)試和控制,開發(fā)了人機(jī)交互系統(tǒng)。
　　 最后,構(gòu)建以TMS320F2812 DSP為核心的無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)電氣數(shù)字控制系統(tǒng),進(jìn)行了無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)樣機(jī)組裝與電氣數(shù)字控制系統(tǒng)調(diào)試,然后進(jìn)行無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)靜態(tài)懸浮驗(yàn)證和動(dòng)態(tài)懇浮驗(yàn)證,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)