永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度運(yùn)動(dòng)電機(jī)建模分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著機(jī)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(shí)現(xiàn)在工作空間內(nèi)的多自由度運(yùn)動(dòng)，但是傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法是將多個(gè)單自由度電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)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(shí)由于系統(tǒng)中減速齒輪的較多應(yīng)用，增加了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和力矩內(nèi)耗，從而減弱了電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。因此傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)的方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)電機(jī)不僅能夠在一臺(tái)電機(jī)上實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)，而且

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

3、電機(jī)氣隙磁密和自轉(zhuǎn)與偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩特性。在球坐標(biāo)系下求解拉普拉斯方程，建立該電機(jī)的磁場(chǎng)模型，并利用麥克斯韋張量法建立該電機(jī)的轉(zhuǎn)矩模型;作為對(duì)比，應(yīng)用有限元仿真軟件ANSOFT MAXWELL對(duì)電機(jī)的氣隙磁密和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行建模仿真。通過分析轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響，完成對(duì)偏轉(zhuǎn)式電機(jī)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(yùn)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力學(xué)微分方程組建立該電機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型并用MATLAB對(duì)其進(jìn)行仿真分析。利用ADAMS軟件和SOL

4、IDWORKS軟件聯(lián)合建立該電機(jī)的三維物理參數(shù)模型。由動(dòng)力學(xué)仿真得到了該電機(jī)的輸出力矩曲線，在系統(tǒng)水平上真實(shí)地預(yù)測(cè)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化過程中。應(yīng)用田口(Taguchi)算法篩選出對(duì)電機(jī)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(jì)(CCD)的方法構(gòu)造出樣本點(diǎn)組，通過小規(guī)模試驗(yàn)分別得到了該電機(jī)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(duì)建立的響應(yīng)面模型進(jìn)行方差分析，