面向精密主動(dòng)減振器的音圈電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)控制.pdf

1、音圈電機(jī)是一種以洛侖茲力驅(qū)動(dòng)的電磁作動(dòng)器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、響應(yīng)快、推力線性度好等特性，在精密主動(dòng)減振器中具有廣闊的應(yīng)用前景。針對(duì)精密主動(dòng)減振器對(duì)音圈電機(jī)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(jī)難以滿足需求。本文圍繞音圈電機(jī)精確磁場(chǎng)建模和高性能推力控制等關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)面向精密主動(dòng)隔振器的音圈電機(jī)展開(kāi)研究。提出了音圈電機(jī)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(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)并

2、實(shí)現(xiàn)了音圈電機(jī)硬件驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，提出了抑制音圈電機(jī)階躍超調(diào)的控制方法；對(duì)所提出的方法進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并應(yīng)用于精密主動(dòng)減振系統(tǒng)。主要內(nèi)容和成果包括：
　　針對(duì)音圈電機(jī)對(duì)外形尺寸、推力、溫升等的諸多設(shè)計(jì)要求，提出了改進(jìn)的電磁結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行了有限元對(duì)比分析，證實(shí)了改進(jìn)的電磁結(jié)構(gòu)的高氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度；提出了動(dòng)子線圈強(qiáng)制水冷結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行了計(jì)算分析和驗(yàn)證；進(jìn)一步對(duì)永磁體材料、線圈參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析；將其它設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)化為約束條件，提出了

3、基于音圈電機(jī)推力的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，并分析了不同約束條件的影響。
　　針對(duì)音圈電機(jī)的精確氣隙磁場(chǎng)分布計(jì)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(jī)永磁體和磁回路被分成了三個(gè)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(jìn)行精確計(jì)算；基于等效子磁路的解耦分析，進(jìn)一步提出了二次曲線逼近音圈電機(jī)氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算方法；結(jié)合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件，對(duì)音圈電機(jī)本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)音圈電機(jī)的典型和解

4、耦等效磁路進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了解耦等效磁路對(duì)氣隙磁場(chǎng)分析的有效性。
　　綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和高性能，進(jìn)行了音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在驅(qū)動(dòng)板設(shè)計(jì)中，提出綜合采用數(shù)字電路與模擬電路的設(shè)計(jì)方案；設(shè)計(jì)了微控器電路、H全橋驅(qū)動(dòng)橋電路、超精密電流測(cè)量電路、信號(hào)調(diào)理電路和其它一些輔助的保護(hù)電路；通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和實(shí)際使用驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)有效性。
　　作動(dòng)器（音圈電機(jī)及驅(qū)動(dòng)）的推力直接作用于被控對(duì)象，其推力超調(diào)將直接影響系統(tǒng)性能。針

5、對(duì)作動(dòng)器推力的超調(diào)，提出了抑制作動(dòng)器階躍超調(diào)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)?；谙到y(tǒng)自身響應(yīng)特性相互抑制的思路，進(jìn)行了作動(dòng)器系統(tǒng)函數(shù)辨識(shí)，通過(guò)對(duì)階躍輸入電流信號(hào)兩次階躍輸入規(guī)劃處理，有效地抑制了作動(dòng)器的超調(diào)問(wèn)題，并進(jìn)一步分析了響應(yīng)誤差和兩次階躍輸入信號(hào)之間的關(guān)系。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)控制的有效性。
　　將音圈電機(jī)應(yīng)用于超精密主動(dòng)減振系統(tǒng)，通過(guò)獲取實(shí)際測(cè)量的主動(dòng)減振系統(tǒng)的與被動(dòng)減振系統(tǒng)的減振效果曲線，對(duì)比分析可知主動(dòng)減振系統(tǒng)比被動(dòng)減振系統(tǒng)有著明顯的