掃一掃
關注中圖網
官方微博
本類五星書更多>
-
>
公路車寶典(ZINN的公路車維修與保養秘籍)
-
>
晶體管電路設計(下)
-
>
基于個性化設計策略的智能交通系統關鍵技術
-
>
花樣百出:貴州少數民族圖案填色
-
>
山東教育出版社有限公司技術轉移與技術創新歷史叢書中國高等技術教育的蘇化(1949—1961)以北京地區為中心
-
>
鐵路機車概要.交流傳動內燃.電力機車
-
>
利維坦的道德困境:早期現代政治哲學的問題與脈絡
兩自由度直驅感應電機電磁設計、特性分析及控制系統 版權信息
- ISBN：9787030731944
- 條形碼：9787030731944 ; 978-7-03-073194-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
兩自由度直驅感應電機電磁設計、特性分析及控制系統 內容簡介
本書在分析國內外兩自由度電機設計理論、耦合效應以及控制方法的基礎上，著重對兩自由度直驅感應電機的研究現狀進行了總結，分析了兩自由度直驅實心感應電機(2DOF-DDSRIM)運行機理，通過解析模型以及數學模型的建立，詳細分析了2DOF-DDSRIM的耦合特性及控制方案。具體工作總結如下：提出了一種新型2DOF-DDSRIM拓撲結構，分析了其工作機理，完成了其等效電路參數的計算及縱向端部效應的分析；利用復合多層理論法對電機進行建模，提出了兩種離線分析方法用于等效電路參數的確定，除此之外在MATLAB中基于解析模型完成了2DOF-DDSRIM系統的數學建模；準確的有限元模型、解析模型與數學模型的建立，為2DOF-DDSRIM耦合效應分析奠定了良好的基礎，分析結果表明2DOF-DDSRIM的多種運動形式以及多定子結構造成了直線電機單元與旋轉電機單元之間存在不可忽略的電磁耦合效應與運動耦合效應，影響著2DOF-DDSRIM的運行性能；隨后提出了一種2DOF-DDSRIM新型動子結構，對動子結構與電機特性之間的關系進行了分析；*后研究了2DOF-DDSRIM的控制方案，建立可其矢量控制模型，設計了基于光電傳感器和磁電傳感器的2DOF-DDSRIM速度檢測方案。
兩自由度直驅感應電機電磁設計、特性分析及控制系統 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 兩自由度電機的研究背景及意義 1
1.2 兩自由度電機結構研究現狀 2
1.2.1 單電樞結構形式 3
1.2.2 雙繞組結構形式 4
1.2.3 雙電樞結構形式 6
1.2.4 多電樞結構形式 8
1.2.5 其他結構形式 9
1.3 兩自由度電機耦合效應研究現狀 10
1.4 兩自由度電機控制方案研究現狀 12
1.5 兩自由度電機研究的方向 14
1.6 本書研究內容及任務 15
第2章 兩自由度直驅感應電機電磁設計與機理分析 18
2.1 兩自由度直驅感應電機轉子結構確定 18
2.2 兩自由度直驅感應電機總體結構設計 19
2.3 兩自由度直驅感應電機樣機及工作機理 22
2.4 兩自由度直驅感應電機設計要求和主要尺寸設計 23
2.5 兩自由度直驅感應電機氣隙選擇 26
2.6 兩自由度直驅感應電機繞組與線規設計 27
2.7 兩自由度直驅感應電機定子槽形設計 29
2.8 兩自由度直驅感應電機轉子結構與材料設計 30
2.9 本章小結 31
第3章 兩自由度直驅感應電機電磁特性建模研究 32
3.1 復合多層理論法建模及分析 32
3.1.1 復合多層理論法建模 32
3.1.2 復合多層理論法程序設計 37
3.1.3 復合多層理論法與有限元法對比 41
3.1.4 實驗驗證 43
3.2 等效電路建模與驗證 46
3.2.1 等效復數磁導率的概念 46
3.2.2 鋼層和銅層等效阻抗 47
3.2.3 等效電路模型 49
3.2.4 離線等效電路參數確定 51
3.2.5 等效電路分析結果與有限元法分析結果對比 55
3.3 基于MATLAB/Simulink的建模與驗證 57
3.3.1 旋轉部分建模 57
3.3.2 直線部分建模 58
3.3.3 基于s函數的MATLAB仿真建模 59
3.3.4 數學模型正確性驗證 61
3.4 本章小結 63
第4章 兩自由度直驅感應電機特性分析 64
4.1 透入深度法的計算過程 64
4.2 解析計算結果分析 70
4.3 兩自由度直驅感應電機有限元模型 71
4.4 兩自由度直驅感應電機旋轉運動部分的有限元法分析 72
4.4.1 旋轉運動部分起動過程分析 73
4.4.2 旋轉運動部分穩態運行分析 75
4.5 兩自由度直驅感應電機直線運動部分的有限元法分析 77
4.5.1 直線運動部分起動過程分析 78
4.5.2 直線運動部分穩態運行分析 80
4.6 兩自由度直驅感應電機縱向端部效應分析 82
4.7 本章小結 85
第5章 兩自由度直驅感應電機耦合效應分析 86
5.1 磁耦合效應解析分析 86
5.2 磁耦合效應有限元分析 88
5.2.1 旋轉電機部分對直線電機部分的磁耦合影響 89
5.2.2 直線電機部分對旋轉電機部分的磁耦合影響 99
5.3 運動耦合效應解析分析 107
5.3.1 運動耦合效應的存在 107
5.3.2 基于磁場計算模型的運動耦合效應解析分析 110
5.3.3 旋轉耦合系數 114
5.3.4 速度耦合因子 116
5.4 運動耦合效應有限元分析 118
5.5 耦合效應影響因素分析 129
5.5.1 氣隙厚度對耦合效應的影響 129
5.5.2 銅層厚度對耦合效應的影響 131
5.6 抑制耦合效應的設計方法 133
5.7 樣機實驗驗證 135
5.8 本章小結 137
第6章 兩自由度直驅感應電機優化設計 139
6.1 氣隙厚度對電機性能的影響 139
6.2 轉子結構對電機性能的影響 142
6.3 導電層厚度對電機性能的影響 145
6.4 新型中空動子結構參數優化及性能分析 148
6.4.1 轉子次級材料確定 148
6.4.2 中空動子氣隙確定 151
6.4.3 鋼層厚度的確定 154
6.5 新型開槽鑄銅動子結構參數優化及性能分析 156
6.5.1 新型動子結構原理 156
6.5.2 三維有限元建模與驗證 159
6.5.3 動子等效參數計算與有限元驗證 161
6.5.4 動子結構對電機特性的影響 166
6.6 本章小結 173
第7章 兩自由度直驅感應電機控制方案分析及矢量控制數學建模 175
7.1 兩自由度直驅感應電機運動模型 175
7.2 兩自由度直驅感應電機速度檢測方案設計 176
7.2.1 普通速度傳感器在兩自由度直驅感應電機速度檢測中的應用局限性 176
7.2.2 基于光學接近傳感器的兩自由度直驅感應電機速度檢測裝置的設計 178
7.2.3 基于磁電感應原理的兩自由度直驅感應電機速度檢測方案 181
7.2.4 基于光電傳感器與磁電傳感器聯合的兩自由度直驅感應電機速度檢測方案設計 183
7.3 兩自由度直驅感應電機控制方案論證 184
7.3.1 控制策略的比較 184
7.3.2 總體控制方案的比較 186
7.4 兩自由度直驅感應電機矢量控制數學建模 188
7.4.1 矢量控制的基本實現思路 188
7.4.2 坐標變換 189
7.4.3 兩自由度直驅感應電機數學模型 191
7.4.4 基于轉子磁場定向的矢量控制原理 193
7.4.5 轉子磁鏈模型 195
7.5 雙變頻器供電的兩自由度直驅感應電機矢量控制系統的建模 196
7.6 矢量控制系統主要模塊建模 197
7.6.1 速度PI調節器模塊 197
7.6.2 主電路模塊 197
7.6.3 磁鏈計算模塊 198
7.6.4 坐標變換模塊 198
7.7 旋轉部分矢量控制系統模型 199
7.8 直線部分矢量控制系統模型 200
7.9 兩自由度直驅感應電機矢量控制系統 200
7.10 本章小結 201
參考文獻 202
前言
第1章 緒論 1
1.1 兩自由度電機的研究背景及意義 1
1.2 兩自由度電機結構研究現狀 2
1.2.1 單電樞結構形式 3
1.2.2 雙繞組結構形式 4
1.2.3 雙電樞結構形式 6
1.2.4 多電樞結構形式 8
1.2.5 其他結構形式 9
1.3 兩自由度電機耦合效應研究現狀 10
1.4 兩自由度電機控制方案研究現狀 12
1.5 兩自由度電機研究的方向 14
1.6 本書研究內容及任務 15
第2章 兩自由度直驅感應電機電磁設計與機理分析 18
2.1 兩自由度直驅感應電機轉子結構確定 18
2.2 兩自由度直驅感應電機總體結構設計 19
2.3 兩自由度直驅感應電機樣機及工作機理 22
2.4 兩自由度直驅感應電機設計要求和主要尺寸設計 23
2.5 兩自由度直驅感應電機氣隙選擇 26
2.6 兩自由度直驅感應電機繞組與線規設計 27
2.7 兩自由度直驅感應電機定子槽形設計 29
2.8 兩自由度直驅感應電機轉子結構與材料設計 30
2.9 本章小結 31
第3章 兩自由度直驅感應電機電磁特性建模研究 32
3.1 復合多層理論法建模及分析 32
3.1.1 復合多層理論法建模 32
3.1.2 復合多層理論法程序設計 37
3.1.3 復合多層理論法與有限元法對比 41
3.1.4 實驗驗證 43
3.2 等效電路建模與驗證 46
3.2.1 等效復數磁導率的概念 46
3.2.2 鋼層和銅層等效阻抗 47
3.2.3 等效電路模型 49
3.2.4 離線等效電路參數確定 51
3.2.5 等效電路分析結果與有限元法分析結果對比 55
3.3 基于MATLAB/Simulink的建模與驗證 57
3.3.1 旋轉部分建模 57
3.3.2 直線部分建模 58
3.3.3 基于s函數的MATLAB仿真建模 59
3.3.4 數學模型正確性驗證 61
3.4 本章小結 63
第4章 兩自由度直驅感應電機特性分析 64
4.1 透入深度法的計算過程 64
4.2 解析計算結果分析 70
4.3 兩自由度直驅感應電機有限元模型 71
4.4 兩自由度直驅感應電機旋轉運動部分的有限元法分析 72
4.4.1 旋轉運動部分起動過程分析 73
4.4.2 旋轉運動部分穩態運行分析 75
4.5 兩自由度直驅感應電機直線運動部分的有限元法分析 77
4.5.1 直線運動部分起動過程分析 78
4.5.2 直線運動部分穩態運行分析 80
4.6 兩自由度直驅感應電機縱向端部效應分析 82
4.7 本章小結 85
第5章 兩自由度直驅感應電機耦合效應分析 86
5.1 磁耦合效應解析分析 86
5.2 磁耦合效應有限元分析 88
5.2.1 旋轉電機部分對直線電機部分的磁耦合影響 89
5.2.2 直線電機部分對旋轉電機部分的磁耦合影響 99
5.3 運動耦合效應解析分析 107
5.3.1 運動耦合效應的存在 107
5.3.2 基于磁場計算模型的運動耦合效應解析分析 110
5.3.3 旋轉耦合系數 114
5.3.4 速度耦合因子 116
5.4 運動耦合效應有限元分析 118
5.5 耦合效應影響因素分析 129
5.5.1 氣隙厚度對耦合效應的影響 129
5.5.2 銅層厚度對耦合效應的影響 131
5.6 抑制耦合效應的設計方法 133
5.7 樣機實驗驗證 135
5.8 本章小結 137
第6章 兩自由度直驅感應電機優化設計 139
6.1 氣隙厚度對電機性能的影響 139
6.2 轉子結構對電機性能的影響 142
6.3 導電層厚度對電機性能的影響 145
6.4 新型中空動子結構參數優化及性能分析 148
6.4.1 轉子次級材料確定 148
6.4.2 中空動子氣隙確定 151
6.4.3 鋼層厚度的確定 154
6.5 新型開槽鑄銅動子結構參數優化及性能分析 156
6.5.1 新型動子結構原理 156
6.5.2 三維有限元建模與驗證 159
6.5.3 動子等效參數計算與有限元驗證 161
6.5.4 動子結構對電機特性的影響 166
6.6 本章小結 173
第7章 兩自由度直驅感應電機控制方案分析及矢量控制數學建模 175
7.1 兩自由度直驅感應電機運動模型 175
7.2 兩自由度直驅感應電機速度檢測方案設計 176
7.2.1 普通速度傳感器在兩自由度直驅感應電機速度檢測中的應用局限性 176
7.2.2 基于光學接近傳感器的兩自由度直驅感應電機速度檢測裝置的設計 178
7.2.3 基于磁電感應原理的兩自由度直驅感應電機速度檢測方案 181
7.2.4 基于光電傳感器與磁電傳感器聯合的兩自由度直驅感應電機速度檢測方案設計 183
7.3 兩自由度直驅感應電機控制方案論證 184
7.3.1 控制策略的比較 184
7.3.2 總體控制方案的比較 186
7.4 兩自由度直驅感應電機矢量控制數學建模 188
7.4.1 矢量控制的基本實現思路 188
7.4.2 坐標變換 189
7.4.3 兩自由度直驅感應電機數學模型 191
7.4.4 基于轉子磁場定向的矢量控制原理 193
7.4.5 轉子磁鏈模型 195
7.5 雙變頻器供電的兩自由度直驅感應電機矢量控制系統的建模 196
7.6 矢量控制系統主要模塊建模 197
7.6.1 速度PI調節器模塊 197
7.6.2 主電路模塊 197
7.6.3 磁鏈計算模塊 198
7.6.4 坐標變換模塊 198
7.7 旋轉部分矢量控制系統模型 199
7.8 直線部分矢量控制系統模型 200
7.9 兩自由度直驅感應電機矢量控制系統 200
7.10 本章小結 201
參考文獻 202
展開全部
兩自由度直驅感應電機電磁設計、特性分析及控制系統 節選
第1章緒論 1.1兩自由度電機的研究背景及意義 高檔數控機床、機器人等為我國特種電機的研發與制造帶來新的發展機遇。實現高端設備及機器人的多維運動需要配套精密的多自由度電機驅動系統。常見的需要多自由度驅動的系統還包括加工制造系統、鏜床、汽車生產線、機床、微電子裝配機械、擠出機、繞線機、混合動力車等。這些系統需要的直線、旋轉、螺旋等運動形式可以獨立產生，也可同時存在。常用的兩自由度驅動裝置方案如表1-1所示。傳統的多維驅動技術大多采用多個單自由度電機組合或機械轉換裝置的方案，存在體積大、零部件多、維護量大、不便于集成、控制方式復雜等問題。因此，許多學者和電工專家一直致力于尋求結構緊湊、體積小、不需中間傳動機構、控制容易的多自由度電機驅動方案。 兩自由度直驅電機是一種不需中間傳動裝置的新型電機，可以分別做直線運動、旋轉運動，或者兩者相結合的螺旋運動，具有機械集成度高、電機結構材料和驅動控制系統元件利用率高等優點，是典型的機電一體化裝置。兩自由度直驅電機與傳統電機對比如表1-2所示。可以看出，兩自由度直驅電機較傳統電機具有更加靈活的運動形式和更靈敏的響應特性，加工精度也更高。其機械結構簡單、緊湊且便于維護，整體成本也更加低廉。兩自由度直線-旋轉電機憑借著高集成化、多功能化、高利用率等優點，逐漸成為眾多學者研究的熱點。按兩自由度運動的拓撲結構，電機可分為兩自由度直線-旋轉永磁電機、開關磁阻電機、感應電沿用單自由度電機的研究思路及方法，人們在兩自由度直線-旋轉電機電磁設計、拓撲結構優化、機理分析、磁場分析、有限元建模及特性分析、運動控制等方面做了大量研究工作。但是，兩自由度直線-旋轉電機集成度高，各自由度之間存在復雜的電磁、運動等耦合關系。這給電機電磁場分布、動子渦流場分布、性能分析等帶來困擾。耦合效應導致兩自由度直線-旋轉電機磁場建模不準確、性能分析有偏差、控制性能不穩定等問題。因此，一些學者嘗試解決耦合效應帶來的問題。深入研究耦合效應是建立兩自由度直線-旋轉電機基礎理論與應用技術的關鍵。除此之外，要想對兩自由度直線-旋轉直驅感應電機進行類似于單自由度電機的控制，就必須對兩自由度直線-旋轉直驅感應電機的速度、角位移、加速度及輸出轉矩進行檢測，進行各自由度之間的解耦計算、軌跡規劃等。因此，有必要研制適合兩自由度電動機控制系統的專用控制器件，開發計算機控制系統。 1.2兩自由度電機結構研究現狀 多自由度電機的研究始于20世紀50年代。由于早期電機理論不完善，機械制造水平不高，多自由電機的研究遇到很多難題。到20世紀七八十年代，載人航天、機器人等技術的進步直接激發了多自由度電機的快速發展。特別是，以微電子技術為代表的第三次科學技術革命，為多自由度電機的結構設計和電機驅動控制系統研究提供了有利的條件。如今，各國研究人員對多自由度電機的開發和研制方興未艾。 現有的兩自由度直驅電機大多基于感應電機、永磁電機、磁阻電機的基本工作原理，按結構大致可以分為單電樞結構形式兩自由度直驅電機、雙電樞結構形式兩自由度直驅電機、雙繞組結構形式兩自由度直驅電機、多電樞結構形式兩自由度直驅電機和其他結構形式兩自由度直驅電機。 1.2.1單電樞結構形式 單電樞結構形式兩自由度直驅電機的主要特點是具有斜向定子，即斜向的槽和繞組布置。Cathey等[7，8]和Alwash等[9]提出一種螺旋電機。它的定子鐵芯由六個軸向疊片組構成，螺旋形三相繞組嵌入定子鐵芯的斜槽中。螺旋形繞組感應電機定子展開圖如圖1-1所示。其動子采用各向同性圓柱體拓撲結構，并在鐵磁軸套一定厚度的銅套筒。三相螺旋形定子繞組通電后將產生螺旋形運動磁場，根據感應電機的原理，動子將在軸向推力和周向轉矩的共同作用下做螺旋運動。Cathey等采用三維電磁場理論對該電機的簡化模型進行分析，首先建立氣隙和動子邊界的場坐標，然后利用Maxwell方程組對矢量磁位求解。 Dobzhanskyi等[10]提出一種斜向動子式的單電樞結構兩自由度電機。其定子采用常規旋轉電機的定子，動子采用螺旋式布置的永磁體陣列，可用于混凝土攪拌機驅動。這種永磁同步螺旋電機如圖1-2所示。 Fujimoto團隊提出一種大推力永磁螺旋電動機，可應用于假肢器械，代替人體膝關節[11-14]。該電機由螺旋結構形式的定子和動子構成，如圖1-3所示。該電機可以近似看作若干盤式永磁電機的定子和轉子的分段位移式串聯。由于存在軸向的位移，因此產生的運動形式由盤式永磁電機的旋轉運動變為螺旋電機的螺旋運動。 由于單電樞結構形式的兩自由度電機采用螺旋形的鐵芯或繞組結構，它在兩個自由度上的電磁場和運動是耦合的，因此其解析分析模型難以建立。一般采用三維有限元數值分析法對這類電機進行特性計算和研究，但是基于三維有限元數值分析法難以實現轉矩和推力的解耦。另外，這類兩自由度電機的制造工藝復雜，動子螺旋運動時的螺距固定，不能實現單純的旋轉運動和直線運動。 1.2.2雙繞組結構形式 Mendrela等[15]提出一種新型磁化模式的兩自由度直線-旋轉電機。其定子部分設有兩套正交分布繞組，一套軸向布置，另外一套周向布置。這種新型磁化模式的直線-旋轉電機的定子部分如圖1-4所示。為了避免定子結構過于復雜，產生旋轉運動的繞組置于定子槽內，產生直線運動的繞組置于氣隙中，為無槽繞組，這大大減小了軸向推力的波動幅值。為了使兩自由度電機產生大推力、小轉矩，Meessen等提出一種新型動子磁化模式的拓撲結構。新型磁化模式和傳統磁化模式對比如圖1-5所示。新型動子磁化模式的動子表面展開為棋盤式結構，同一行永磁體的磁化方向與同一列永磁體的磁化方向正反交替，且反向磁化的為磁化強度較弱的永磁材料。這樣才可以產生一個軸向推力大且轉矩相對較小的運動。通過調節正反向磁化強度大小的比值，可以調整推力與轉矩的相對大小。與傳統的磁化模式或縱橫交錯分布的永磁陣列模式相比，新型動子磁化模式使兩自由度電機的輸出轉矩和推力配比更加靈活，可以拓寬其應用前景。 Mendrela等[16]提出一種雙繞組結構的直線-旋轉感應電機。其結構如圖1-6所示。這種電機定子內表面分別沿軸向和周向開槽。兩種槽中分別放置獨立的三相繞組。軸向布置的繞組產生旋轉磁場，周向布置的繞組產生行波磁場。這兩種磁場與具有光滑銅套筒的鐵磁動子共同作用，產生旋轉力矩和直線推力。通過改變電機繞組的供電電壓和頻率，即可改變動子的運動形式和速度。 對于雙繞組結構形式的兩自由度電機，它們通常采用定子疊片結構，但是疊片之間的非鐵磁性絕緣層減小了定子鐵芯在軸向的有效長度，而且沿軸向疊壓的定子鐵芯只能抑制軸向渦流，不能抑制其他方向的渦流，因此這類電機的定子渦流損耗較大、發熱嚴重。Mendrela等提出兩自由度電機（圖1-6）采用正交布置的兩套電樞繞組，基本上解決了定子磁場的耦合效應，但是其氣隙磁場和動子磁場的耦合問題仍然比較嚴重。尤其是，對于具有銅套筒的鐵磁體動子來說，其鐵磁體材料的磁導率受集膚效應的影響是非線性變化的。當動子做螺旋運動時，其內部渦流場分布也十分復雜。這些因素共同造成這種電機動子電磁參數難以確定，電機整體電磁性能難以分析。因此，對于具有鐵磁體結構的兩自由度感應電機，動子電磁場計算、動子電磁參數的確定，以及以此為基礎的整個兩自由度感應電機的數學模型建立是相關研究中亟待解決的難點。 1.2.3雙電樞結構形式 雙電樞結構形式的兩自由度電機具有兩套電樞，一套用于產生旋轉運動，另一套用于產生直線運動。兩者共同作用時可以產生螺旋運動。這種結構形式的兩自由度電機可以看作傳統旋轉電機和管狀直線電機軸向串聯的復合結構電機。 Meessen等[17]提出一種兩自由度直線-旋轉驅動器（圖1-7）。這種電機可以看作兩個不同的永磁電機在軸向串聯而成的，即一個無槽管狀永磁直線電機和一個兩極無槽永磁旋轉電機。圖1-7（b）所示的無槽管狀永磁直線電機產生軸向推力，圖1-7（c）所示的兩極無槽永磁旋轉電機產生旋轉轉矩。動子在推力和轉矩的共同作用下進行兩自由度運動。此外，這種電機的中間部分設有無源重力過補償環節。當電源條件不理想時，電機的直線運動部分可以懸停在初始位置，而動子僅做旋轉運動。由于該電機動子上僅有永磁體，不存在跟隨運動的繞組，因此省去了傳統的機械傳動環節。與常規電機相比，這種電機運動部分的質量較小，可以獲得較大的加速度。與此同時，由于兩部分運動定子均屬于無槽結構，因此該電機產生的轉矩和推力波動較小，可以實現較高精度的控制。
書友推薦
- >
推拿
- >
有舍有得是人生
- >
我從未如此眷戀人間
- >
名家帶你讀魯迅:朝花夕拾
- >
伯納黛特,你要去哪(2021新版)
- >
經典常談
- >
名家帶你讀魯迅:故事新編
- >
大紅狗在馬戲團-大紅狗克里弗-助人
本類暢銷
