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平面OMAL歐瑪爾開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)研究
平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、控制靈活,可望在大行程、高穩(wěn)定平面運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。但是平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)具有復(fù)雜的非線性電磁特性,在實(shí)際應(yīng)用中難以建立精確的電磁力模型,因此制約了平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)在高精密運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的迅速發(fā)展。

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為了提高平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度,論文基于電磁學(xué)和摩擦學(xué)理論對(duì)影響平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度的因素進(jìn)行深入探討,以獲得提高平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度的有效方法。首先,基于電磁學(xué)理論,論文考慮平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)的鐵磁材料磁化特性、邊緣漏磁、磁路飽和以及機(jī)械結(jié)構(gòu)等因素,采用磁通管法推導(dǎo)了一個(gè)極距周期的氣隙磁導(dǎo)表達(dá)式,并基于虛位移法建立了揭示平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)的推力、法向力與其機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)定子位置、相電流以及鐵磁材料特性之間的非線性關(guān)系的靜態(tài)推力與法向力解析模型。為了驗(yàn)證該模型的正確性,基于Ansoft Maxwell軟件構(gòu)建了平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)有限元模型,對(duì)推力與法向力分別進(jìn)行了仿真研究。搭建了平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)靜態(tài)推力與法向力模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。運(yùn)用該模型分析了機(jī)械參數(shù)、電磁參數(shù)對(duì)平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)推力與法向力的影響。研究表明:推力和法向力的理論計(jì)算值與有限元仿真值、實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的相對(duì)誤差小于10%,驗(yàn)證了該模型的有效性；電機(jī)的疊片厚度、線圈匝數(shù)與推力和法向力成線性關(guān)系,相比于推力,動(dòng)定子齒寬和氣隙長(zhǎng)度對(duì)法向力影響較大,鐵芯材料磁化特性影響推力和法向力的幅值和分布,電流波動(dòng)對(duì)推力和法向力影響較小,較大的推力能提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,過大的法向力導(dǎo)致摩擦力增加從而降低系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度。其次,基于摩擦學(xué)理論,論文分析了非線性摩擦力產(chǎn)生機(jī)理及其數(shù)學(xué)模型。采用Stribeck摩擦力模型建立了平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)的非線性摩擦力模型,應(yīng)用靜態(tài)辨識(shí)方法獲得了該Stribeck摩擦力模型參數(shù),推導(dǎo)了考慮摩擦力的平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程,并研究了非線性摩擦力對(duì)平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度的影響,提出了摩擦前饋補(bǔ)償方法。研究表明：摩擦力的存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度,阻礙系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的提升,利用恒力下限定速度無限增加實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的隱性保護(hù)；2)具有前饋摩擦補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)比無補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差至少減小了80%,動(dòng)態(tài)跟蹤誤差至少減小了60%,系統(tǒng)獲得了較好的運(yùn)動(dòng)精度。

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zui后,論文綜合討論了平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度和影響運(yùn)動(dòng)精度的因素,提出了提高系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度的主要方法：1)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)獲得合理的平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)和電磁參數(shù)；2)實(shí)施適當(dāng)?shù)哪Σ燎梆佈a(bǔ)償控制。