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无轴承永磁薄片电机有限元分析和转子振动补偿

作　者: 何杰
导　师: 朱熀秋
学　校: 江苏大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无轴承电机薄片转子径向悬浮力有限元分析陷波器数字信号处理器
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

无轴承永磁薄片电机的基本工作原理是电机采用无轴承技术实现径向两自由度主动悬浮,利用磁阻拉力实现薄片转子轴向和倾斜三个自由度的被动悬浮。无轴承永磁薄片电机作为一种高度集成的无轴承电机,除了拥有一般无轴承电机系统的所有优点外,它还具有轴向长度短、结构简单,成本低等特点,在工业领域引起了广泛关注,并得到迅速的发展与深入的研究,特别是在特殊的液体传输、超纯净驱动领域有广泛的应用前景。本文在江苏省高技术研究和教育部留学人员科研启动基金项目的支持下对无轴承永磁薄片电机的结构优化以及薄片转子不平衡振动进行了研究,具体内容如下:1.在介绍无轴承永磁薄片转子电机基本工作原理的基础上,推导了薄片电机的数学模型,给出了电机的控制系统结构。2.在介绍有限元法理论的基础上,用有限元ANSYS软件,对电机磁场进行分析,验证了径向悬浮力产生的原理;分析计算了径向悬浮力分别和径向悬浮力绕组中电流以及永磁体厚度之间的关系;以及在永磁体厚度不变的条件下,径向悬浮力和气隙大小之间的关系,研究结果对电机结构的优化设计具有参考价值。3.分析了无轴承永磁薄片电机的转子由于质量不平衡产生的振动,并通过分析通用陷波器和广义陷波器的优缺点,利用仿真工具Matlab/Simulink,在无轴承永磁薄片电机解耦控制系统的基础上,对以作用力最小为准则的广义陷波器补偿方案进行了仿真研究,仿真结果在一定程度上证明了补偿方案的有效性。4.介绍了TMS320F2407A的数字信号处理器以及仿真环境CCS,然后通过实验得出了分别在转矩绕组和径向悬浮力绕组作用下的电流波形和位移波形,为无轴承永磁薄片电机的稳定运行提供了可靠的实验论证。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-20
  1.1 无轴承电机研究背景与发展概况  12-16
    1.1.1 研究背景  12-14
    1.1.2 发展概况  14-16
  1.2 无轴承永磁薄片电机的特点及应用  16-18
  1.3 本课题研究意义  18-19
  1.4 本文研究内容  19-20
第二章无轴承永磁薄片电机基本理论  20-29
  2.1 引言  20
  2.2 无轴承永磁薄片电机基本工作原理  20-24
    2.2.1 无轴承永磁薄片电机基本结构  20-21
    2.2.2 无轴承永磁薄片电机径向悬浮力产生原理  21-24
  2.3 无轴承永磁薄片电机数学模型  24-26
    2.3.1 坐标模型  24
    2.3.2 旋转部分数学模型  24-25
    2.3.3 薄片转子径向悬浮力系统数学模型  25-26
  2.4 无轴承永磁薄片电机控制系统  26-28
  2.5 小结  28-29
第三章无轴承永磁薄片电机有限元分析  29-56
  3.1 引言  29
  3.2 有限元法介绍  29-33
    3.2.1 有限元法的基本概念  29-30
    3.2.2 有限元法的发展趋势  30-32
    3.2.3 当前有限元软件开发概况  32-33
  3.3 无轴承电机电磁场有限元法的基本理论  33-42
    3.3.1 条件变分问题及其离散化  33-37
    3.3.2 非线性问题的求解  37-40
    3.3.3 边界条件的确定  40-41
    3.3.4 网格剖分与运动问题的处理  41-42
  3.4 基于ANSYS的无轴承永磁薄片电机有限元分析  42-54
    3.4.1 ANSYS介绍  42-45
    3.4.2 电磁力的计算方法  45-48
    3.4.3 无轴承永磁薄片电机的有限元分析  48-54
  3.5 小结  54-56
第四章薄片转子不平衡振动补偿研究与仿真  56-70
  4.1 引言  56
  4.2 不平衡振动补偿基本理论  56-58
    4.2.1 不平衡振动的产生  56-57
    4.2.2 不平衡振动补偿及研究现状  57-58
  4.3 凹陷滤波器的设计  58-66
    4.3.1 滤波器的发展过程  58-59
    4.3.2 陷波器的设计原理  59
    4.3.3 广义陷波器的设计  59-63
    4.3.4 广义陷波器和传统陷波器的比较  63-66
  4.4 薄片转子不平衡振动补偿仿真  66-69
    4.4.1 转子所受离心力的计算  66
    4.4.2 薄片转子系统运动方程  66-67
    4.4.3 不平衡补偿的Matlab仿真  67-69
  4.5 小结  69-70
第五章数字控制系统与实验结果分析  70-76
  5.1 引言  70
  5.2 TMS320LF2407A数字处理器特点  70-72
  5.3 数字控制系统的开发工具  72-73
  5.4 系统的软件设计  73
  5.5 实验结果分析  73-75
  5.6 小结  75-76
第六章论文总结与研究展望  76-78
  6.1 论文完成主要研究工作  76-77
  6.2 需进一步研究问题  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
攻读硕士期间发表论文  82

无轴承永磁薄片电机有限元分析和转子振动补偿

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