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)簡單、運行可靠、控制靈活,可望在大行程、高穩(wěn)定平面運動領(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)在高精密運動領(lǐng)域的迅速發(fā)展。

平面OMAL歐瑪爾開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)研究
為了提高平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)的運動精度,論文基于電磁學(xué)和摩擦學(xué)理論對影響平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)運動精度的因素進(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)運動精度的有效方法。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)實驗平臺,對靜態(tài)推力與法向力模型進(jìn)行了實驗驗證。運用該模型分析了機(jī)械參數(shù)、電磁參數(shù)對平面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算值與有限元仿真值、實驗測量值的相對誤差小于10%,驗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,動定子齒寬和氣隙長度對法向力影響較大,鐵芯材料磁化特性影響推力和法向力的幅值和分布,電流波動對推力和法向力影響較小,較大的推力能提升系統(tǒng)的動態(tài)性能,過大的法向力導(dǎo)致摩擦力增加從而降低系統(tǒng)的運動精度。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)動力學(xué)方程,并研究了非線性摩擦力對平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)運動精度的影響,提出了摩擦前饋補償方法。研究表明：摩擦力的存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)的運動精度,阻礙系統(tǒng)動態(tài)性能的提升,利用恒力下限定速度無限增加實現(xiàn)對系統(tǒng)的隱性保護(hù)；2)具有前饋摩擦補償?shù)目刂葡到y(tǒng)比無補償?shù)目刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差至少減小了80%,動態(tài)跟蹤誤差至少減小了60%,系統(tǒng)獲得了較好的運動精度。

平面OMAL歐瑪爾開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)研究
zui后,論文綜合討論了平面OMAL開關(guān)磁阻直驅(qū)系統(tǒng)運動精度和影響運動精度的因素,提出了提高系統(tǒng)運動精度的主要方法：1)通過優(yōu)化設(shè)計獲得合理的平面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)實施適當(dāng)?shù)哪Σ燎梆佈a償控制。