永磁轉子偏轉式三自由度運動電機建模分析與結構參數(shù)的優(yōu)化設計.pdf

1、隨著機器人、智能化柔性系統(tǒng)等工業(yè)技術的不斷發(fā)展，需要實現(xiàn)在工作空間內的多自由度運動，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用，增加了電機的轉動慣量和力矩內耗，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子偏轉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。本文對該電機的結構和工作原理進行了研究，并給出了其電磁模型和動力學模型，對電機的結構參數(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)研究了一種永磁轉子偏轉式多自由度電機，并對其結構和工作原理進行了詳細的分析，并研究了其通電策略，該電機可以在自轉的前提下實現(xiàn)一定范圍的偏轉運動。
　　2)應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與偏轉的轉矩特性。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矩模型;作為對比，應用有限元仿真軟件ANSOFT MAXWELL對電機的氣隙磁密和轉矩進行建模仿真。通過分析轉子極對數(shù)對電機性能的影響，完成對偏轉式電機的初步優(yōu)化。
　　3)通過求解永磁轉子偏轉式三自由度運動電機的動力學微分方程組建立該電機的動力學模型并用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)水平上真實地預測電機系統(tǒng)的工作性能。
　　4)將響應面法引入到永磁轉子偏轉式三自由度電機轉矩的優(yōu)化過程中。應用田口(Taguchi)算法篩選出對電機轉矩影響大的結構參數(shù);并基于中心復合設計(CCD)的方法構造出樣本點組，通過小規(guī)模試驗分別得到了該電機的自轉轉矩和偏轉轉矩的響應面數(shù)值模型。
　　5)對建立的響應面模型進行方差分析，