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平面歐瑪爾開關(guān)磁阻電機(jī)振動與噪聲特性
平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)是一種直驅(qū)式的新型特種電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、可靠性高及機(jī)械損耗小等優(yōu)點(diǎn)，在加工制造領(lǐng)域發(fā)展前景。但是，較大的振動和噪聲制約了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的廣泛應(yīng)用。為了降低平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的振動和噪聲，提高其定位精度，研究了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的振動和噪聲特性。

平面歐瑪爾開關(guān)磁阻電機(jī)振動與噪聲特性
給出了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，闡述了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)動機(jī)理，推導(dǎo)了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的電壓平衡方程、運(yùn)動學(xué)方程和電磁力方程，得到了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的瞬態(tài)功率、加速度和電磁力的表達(dá)式。介紹了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，基于自主設(shè)計(jì)的一臺平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)樣機(jī)，采用d SPACE半實(shí)物實(shí)時控制平臺，搭建了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺。研究了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的振動特性，包括法向力特性和模態(tài)特性。設(shè)計(jì)了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的法向力測試方案，采用應(yīng)變片電測技術(shù)測量了其法向力特性。闡述了模態(tài)分析原理，利用ANSYS軟件建立了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的簡化有限元模型，基于該有限元模型進(jìn)行了模態(tài)分析，獲得了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)前二十階固有頻率及其振型，搭建了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)模態(tài)試驗(yàn)平臺，進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn)?；诜ㄏ蛄μ匦院湍B(tài)特性研究成果，分析了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)法向力脈動對振動的影響?；诼暷苊芏确匠掏茖?dǎo)了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲輻射聲強(qiáng)的方程，根據(jù)該方程探討了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸對噪聲輻射的影響。為此，深入研究平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的自適應(yīng)控制，所做的工作主要如下：闡述了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，分析了電機(jī)動子的磁耦合情況以及電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立并推導(dǎo)了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。基于Lyapunov穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)了基于輸入輸出的平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)模型參考自適應(yīng)控制器，并對模型匹配及自適應(yīng)控制律的設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的推導(dǎo)分析。研究了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)極點(diǎn)配置自校正軌跡跟蹤控制，針對平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)辨識可能出現(xiàn)的“數(shù)據(jù)飽和”現(xiàn)象，引入了帶有遺忘因子的遞推zui小二乘算法，設(shè)計(jì)了基于極點(diǎn)配置的平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)間接自校正控制系統(tǒng)，改進(jìn)了自校正控制器結(jié)構(gòu)，較好地解決了因物理可實(shí)現(xiàn)性引起的控制器飽和問題?；赿 SPACE半實(shí)物實(shí)時仿真系統(tǒng)，構(gòu)建了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)時在線控制實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)模型參考自適應(yīng)定位控制實(shí)驗(yàn)以及不同參考軌跡下的平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)極點(diǎn)配置自校正軌跡跟蹤控制實(shí)驗(yàn)。研究表明：提出的平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)模型參考自適應(yīng)控制方法提高了電機(jī)的定位精度，無負(fù)載時，電機(jī)的穩(wěn)態(tài)位置誤差小于500nm,增加質(zhì)量負(fù)載后，電機(jī)的穩(wěn)態(tài)位置誤差小于4.7μm;在不同參考軌跡下，平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)極點(diǎn)配置自校正控制系統(tǒng)X、Y軸的軌跡跟蹤誤差在小于82μm,在電機(jī)動子平臺上添加質(zhì)量負(fù)載后，電機(jī)的動態(tài)跟蹤誤差仍小于82μm;平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)自適應(yīng)控制系統(tǒng)具有良好的運(yùn)動特性和自調(diào)整能力。闡述了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲測試原理，搭建了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲測試平臺，測量了環(huán)境噪聲，分別設(shè)計(jì)了平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)開環(huán)和閉環(huán)運(yùn)動的MATLAB/Simulink仿真模型，在此基礎(chǔ)上分別研究了恒電流下和位置控制算法下的噪聲特性。平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的振動特性研究表明：平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)有限元模態(tài)分析結(jié)果與模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果吻合，驗(yàn)證了提出的有限元簡化模型的有效性；法向力脈動峰值頻率和電機(jī)固有頻率相近時，平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)在該頻率處具有較大的振動幅值，驗(yàn)證了法向力脈動是平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)振動的主要根源。平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲特性研究表明：同等噪聲源功率下，較大基座尺寸的平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)輻射噪聲的聲強(qiáng)較大；平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲聲功率級隨著電流增大而增大，且開環(huán)運(yùn)動下平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲聲功率級頻譜在某些階次的固有頻率處具有峰值；閉環(huán)運(yùn)動下，平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)由于位置控制算法的調(diào)節(jié)，使其法向力脈動峰值頻率避開了電機(jī)固有頻率，從而比開環(huán)運(yùn)動下具有更小的噪聲。平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)振動與噪聲特性的研究為同類電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和減振降噪提供了理論參考。

平面歐瑪爾開關(guān)磁阻電機(jī)振動與噪聲特性
平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)具有直接驅(qū)動、結(jié)構(gòu)簡單、成本低和響應(yīng)快等突出優(yōu)點(diǎn)，但同時也因其非線性磁路、力脈動、無機(jī)械緩沖裝置等本征特性以及由于加工制造、外部擾動等引起的模型不確定性而難以獲得較高精度的運(yùn)動特性，解決此問題的途徑之一是采取有效的控制方法。自適應(yīng)控制能夠自動補(bǔ)償系統(tǒng)在模型、參數(shù)和輸入信號等方面非預(yù)知的變化以及不確定性，可望應(yīng)用于平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)的控制，從而使平面OMAL開關(guān)磁阻電機(jī)獲得理想的運(yùn)動。