永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度運動電機建模分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著機器人、智能化柔性系統(tǒng)等工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，需要實現(xiàn)在工作空間內(nèi)的多自由度運動，但是傳統(tǒng)的實現(xiàn)方法是將多個單自由度電機通過傳動機構(gòu)連接在一起，這不僅占用空間龐大而且增大了誤差累積從而影響精確度。同時由于系統(tǒng)中減速齒輪的較多應(yīng)用，增加了電機的轉(zhuǎn)動慣量和力矩內(nèi)耗，從而減弱了電機的動態(tài)性能。因此傳統(tǒng)的實現(xiàn)多自由度運動的方法已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求。本文提出的新型永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度運動電機不僅能夠在一臺電機上實現(xiàn)多自由度運動，而且

2、在體積、精確度和穩(wěn)定性等方面較傳統(tǒng)的電機有了很大的提高。本文對該電機的結(jié)構(gòu)和工作原理進行了研究，并給出了其電磁模型和動力學(xué)模型，對電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化。
　　本文的主要工作具體包括以下幾個方面:
　　1)研究了一種永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式多自由度電機，并對其結(jié)構(gòu)和工作原理進行了詳細的分析，并研究了其通電策略，該電機可以在自轉(zhuǎn)的前提下實現(xiàn)一定范圍的偏轉(zhuǎn)運動。
　　2)應(yīng)用解析法和有限元兩種方法對電機進行電磁建模，通過模型分析該

3、電機氣隙磁密和自轉(zhuǎn)與偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩特性。在球坐標系下求解拉普拉斯方程，建立該電機的磁場模型，并利用麥克斯韋張量法建立該電機的轉(zhuǎn)矩模型;作為對比，應(yīng)用有限元仿真軟件ANSOFT MAXWELL對電機的氣隙磁密和轉(zhuǎn)矩進行建模仿真。通過分析轉(zhuǎn)子極對數(shù)對電機性能的影響，完成對偏轉(zhuǎn)式電機的初步優(yōu)化。
　　3)通過求解永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度運動電機的動力學(xué)微分方程組建立該電機的動力學(xué)模型并用MATLAB對其進行仿真分析。利用ADAMS軟件和SOL

4、IDWORKS軟件聯(lián)合建立該電機的三維物理參數(shù)模型。由動力學(xué)仿真得到了該電機的輸出力矩曲線，在系統(tǒng)水平上真實地預(yù)測電機系統(tǒng)的工作性能。
　　4)將響應(yīng)面法引入到永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度電機轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化過程中。應(yīng)用田口(Taguchi)算法篩選出對電機轉(zhuǎn)矩影響大的結(jié)構(gòu)參數(shù);并基于中心復(fù)合設(shè)計(CCD)的方法構(gòu)造出樣本點組，通過小規(guī)模試驗分別得到了該電機的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)面數(shù)值模型。
　　5)對建立的響應(yīng)面模型進行方差分析，