面向精密主動減振器的音圈電機優(yōu)化設(shè)計與驅(qū)動控制.pdf

1、音圈電機是一種以洛侖茲力驅(qū)動的電磁作動器，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、響應(yīng)快、推力線性度好等特性，在精密主動減振器中具有廣闊的應(yīng)用前景。針對精密主動減振器對音圈電機外形尺寸、推力、結(jié)構(gòu)等日益苛刻的限制，常用的音圈電機難以滿足需求。本文圍繞音圈電機精確磁場建模和高性能推力控制等關(guān)鍵問題，對面向精密主動隔振器的音圈電機展開研究。提出了音圈電機解耦等效磁路模型；考慮溫升、外形尺寸等限制條件，建立了音圈電機優(yōu)化設(shè)計目標函數(shù)，進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；設(shè)計并

2、實現(xiàn)了音圈電機硬件驅(qū)動控制系統(tǒng)，提出了抑制音圈電機階躍超調(diào)的控制方法；對所提出的方法進行了模擬和實驗驗證，并應(yīng)用于精密主動減振系統(tǒng)。主要內(nèi)容和成果包括：
　　針對音圈電機對外形尺寸、推力、溫升等的諸多設(shè)計要求，提出了改進的電磁結(jié)構(gòu)方案，進行了有限元對比分析，證實了改進的電磁結(jié)構(gòu)的高氣隙磁感應(yīng)強度；提出了動子線圈強制水冷結(jié)構(gòu)方案，并進行了計算分析和驗證；進一步對永磁體材料、線圈參數(shù)進行了計算分析；將其它設(shè)計要求轉(zhuǎn)化為約束條件，提出了

3、基于音圈電機推力的優(yōu)化設(shè)計目標函數(shù)，并分析了不同約束條件的影響。
　　針對音圈電機的精確氣隙磁場分布計算，基于分離磁源及磁回路的新思路，提出了解耦的等效磁路模型。將音圈電機永磁體和磁回路被分成了三個子回路（外部、中部和內(nèi)部），其中中部子磁路可視為理想磁路進行精確計算；基于等效子磁路的解耦分析，進一步提出了二次曲線逼近音圈電機氣隙磁感應(yīng)強度的計算方法；結(jié)合優(yōu)化目標函數(shù)和約束條件，對音圈電機本體結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。對音圈電機的典型和解

4、耦等效磁路進行了仿真和實驗對比，驗證了解耦等效磁路對氣隙磁場分析的有效性。
　　綜合考慮經(jīng)濟性和高性能，進行了音圈電機驅(qū)動控制硬件系統(tǒng)設(shè)計。在驅(qū)動板設(shè)計中，提出綜合采用數(shù)字電路與模擬電路的設(shè)計方案；設(shè)計了微控器電路、H全橋驅(qū)動橋電路、超精密電流測量電路、信號調(diào)理電路和其它一些輔助的保護電路；通過實驗測試和實際使用驗證了驅(qū)動板的設(shè)計有效性。
　　作動器（音圈電機及驅(qū)動）的推力直接作用于被控對象，其推力超調(diào)將直接影響系統(tǒng)性能。針

5、對作動器推力的超調(diào)，提出了抑制作動器階躍超調(diào)的驅(qū)動控制技術(shù)?；谙到y(tǒng)自身響應(yīng)特性相互抑制的思路，進行了作動器系統(tǒng)函數(shù)辨識，通過對階躍輸入電流信號兩次階躍輸入規(guī)劃處理，有效地抑制了作動器的超調(diào)問題，并進一步分析了響應(yīng)誤差和兩次階躍輸入信號之間的關(guān)系。仿真和實驗驗證了驅(qū)動控制的有效性。
　　將音圈電機應(yīng)用于超精密主動減振系統(tǒng)，通過獲取實際測量的主動減振系統(tǒng)的與被動減振系統(tǒng)的減振效果曲線，對比分析可知主動減振系統(tǒng)比被動減振系統(tǒng)有著明顯的