直線電磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其懸浮控制技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、直線電磁驅(qū)動技術(shù)是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向的驅(qū)動系統(tǒng)，應(yīng)用在結(jié)構(gòu)振動方面，用于抵抗地震作用。陀螺儀又具有定軸性和進動性，廣泛應(yīng)用于維持物體的平衡穩(wěn)定。本文結(jié)合陀螺儀與直線電磁驅(qū)動技術(shù)設(shè)計了一種直線電磁驅(qū)動陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)，研究了直線電磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)及該部分結(jié)構(gòu)的懸浮控制。論文的重點包括直線電磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)方案的選擇、結(jié)構(gòu)參數(shù)仿真優(yōu)化、直線電磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)建模及懸浮建模和仿真。
　　第一章綜合分析了陀螺儀的種類與應(yīng)用及國內(nèi)外在陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計、

2、動態(tài)特性、動力學(xué)、敏感度等方面進行的研究，從安全性和穩(wěn)定性出發(fā)，提出了本文的研究內(nèi)容。
　　第二章分析了直線電磁驅(qū)動AMD的驅(qū)動原理與應(yīng)用、直線電磁驅(qū)動陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及直線電磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)方案的選擇。建立了三種不同的三維繞線模型，用磁仿真MAXWELL有限元軟件對三種不同的方案進行了控制變量的三維結(jié)構(gòu)的仿真，通過比較磁場大小、均勻性、磁力線走向以及x、y方向的力等指標來確定方案一為優(yōu)化對象。
　　第三章對上一章選定的直線電

3、磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)方案一進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真優(yōu)化分析。建立方案一結(jié)構(gòu)的二維模型，從鐵芯齒厚（齒槽、齒芯寬）、勵磁線圈截面積和位置、質(zhì)量塊厚度、懸浮間隙等因素對該結(jié)構(gòu)進行仿真，通過比較磁場大小、均勻性、磁力線走向、質(zhì)量塊動態(tài)變化中的受力情況作出最優(yōu)參數(shù)選擇，仿真結(jié)果表明當鐵芯齒厚為20mm，線圈截面上移增大，截面面積為8mm×20mm，AMD質(zhì)量塊厚度為20mm，懸浮間隙為15mm時，各項指標綜合效果最好，以此作為直線電磁驅(qū)動的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

4、　　第四章對直線電磁驅(qū)動懸浮結(jié)構(gòu)進行動力學(xué)建模與懸浮控制建模。對直線電磁驅(qū)動懸浮結(jié)構(gòu)進行受力分析獲得動力學(xué)方程，并結(jié)合通電電磁線圈的電壓回路方程對非線性系統(tǒng)進行線性化處理，用傳統(tǒng)PID方法、基于直線反饋的極點配置設(shè)計方法和滑?？刂评碚撨M行了控制技術(shù)的設(shè)計，獲得了各方法的狀態(tài)方程并進行系統(tǒng)框圖建模。
　　第五章分析SIMULINK仿真軟件的作用，對建立的懸浮控制系統(tǒng)用SIMULINK工具進行了懸浮控制的結(jié)果仿真。根據(jù)設(shè)計方法選擇合適

5、的k1、k2、k3和t1、t2、t3等參數(shù)，得出了懸浮間隙的輸出波形圖，獲得了相關(guān)方法的間隙變化范圍分別為h＜0.6mm、-0.05mm＜h＜0.05mm、h≈0.028mm，實現(xiàn)了研究對象懸浮控制的設(shè)計。通過這三種方法的設(shè)計與對比，說明基于滑?？刂频脑O(shè)計方法能使主動陀螺懸浮更穩(wěn)定、振蕩小，更適合直線電磁驅(qū)動的懸浮控制。
　　第六章分析了系統(tǒng)的控制策略與工作原理，進行了系統(tǒng)的應(yīng)用。將直線電磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)與建立的直線電磁驅(qū)動陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)

6、的陀螺儀動力學(xué)模型成功應(yīng)用在前后置兩輪電動車上，創(chuàng)造出一種全新的安全平衡電動車，并分析了不同行駛情況的工作方案，這也是本文研究的目的;同時也分析了直線電磁驅(qū)動陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)應(yīng)用在船舶上的工況。
　　第七章是對本文的內(nèi)容做了簡要的總結(jié)，同時提出了本文未能深入研究的關(guān)鍵技術(shù)和未來的研究方向。
　　本文通過選取良好的直線電磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)方案，改變影響電磁性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化了直線電磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)，得到了電磁性能良好的一組參數(shù)，達到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的