永磁轉子偏轉式三自由度運動電機位置檢測方法的基礎研究.pdf

1、自19世紀初電機學發(fā)展至今，一維運動電動機及其控制已經被各國學者進行了廣泛而深入的研究。然而，伴隨著機械系統自動化、人工智能復雜化的發(fā)展趨勢，執(zhí)行機構對于運動技術裝置的需求已不僅局限于單個運動方向，因此，多自由度運動電機成為國內外科研工作者的研究目標。隨著未來電機趨向于輕量化和小型化的發(fā)展方向，材料成了其中起決定性作用的因素。目前，眾多永磁材料如鐵氧體、鋁鎳鈷合金、稀土永磁體和釹鐵硼等的誕生，使體積龐大、操作笨重的電機及其激勵線圈逐漸被

2、體積小、重量輕、結構簡單、操作便利的永磁材料制成的執(zhí)行機構所代替，因此永磁多自由度電機已經成為特種電機領域的新寵。
　　永磁轉子偏轉式三自由度運動電機就是在這個大背景下提出的。在參考了國內外學者們設計出的多種永磁多自由度電機結構及位置檢測系統的基礎上，本文進一步提出雙層線圈定子、單層圓鼓形轉子結構的永磁偏轉式三自由度電機的位置檢測技術。在分析多自由度電機及其位置檢測技術的國內外發(fā)展現狀的基礎上，針對體積小、結構新穎、控制原理簡單的

3、新型永磁轉子偏轉式三自由度運動電機的位置檢測技術進行了磁場建模、檢測算法應用及檢測系統實驗裝置的設計等基礎研究，本文主要的研究工作具體包括以下幾個方面:
　　1)在簡要介紹永磁轉子偏轉式三自由度運動電機的結構和尺寸的基礎上，對電機實現三自由度運動的工作原理進行了詳細的描述。由于位置檢測技術是通過檢測裝置測量出轉子的旋轉角度來實現，為明確轉子磁場與旋轉角度的關系，對電機的定子及轉子坐標的相互轉換進行了介紹，并對磁場分析的正演和反演兩

4、個參數空間模型進行了分析說明，為檢測建模部分的研究做好概念基礎。
　　2)根據轉子永磁體的材料性質和結構，本文采用分布式多極(DMP)磁場模型來等效轉子永磁體的建模方法。在簡要介紹磁場基本理論的基礎上，對圓柱形永磁體及多層線圈的磁場進行DMP等效，建立了簡化等效模型，同時應用Matlab優(yōu)化工具箱對所建立的模型進行驗證，驗證結果表明了模型的有效性。
　　3)根據DMP模型理論提出了電機的位置檢測系統模型，介紹了應用線性霍爾傳

5、感器來測量永磁體的磁場進行位置檢測的方法和原理，同時應用多項式逼近法對永磁體的運動磁場與旋轉角度的關系進行分析研究，并分別對檢測系統的正演和反演模型進行了仿真研究，仿真結果和誤差驗證了方法的合理性。
　　4)在對電機的磁場及檢測系統進行詳細討論與分析之后，搭建了基于線性霍爾傳感器的電機位置檢測系統實驗平臺，本文詳細介紹了利用傳統的高斯計多點測量方法進行轉子位置檢測的實驗研究，并將實驗結果與分析模型所得結果進行對比，同時對以ARM系