平面OMAL欧玛尔开关磁阻直驱系统研究
平面OMAL开关磁阻直驱系统结构简单、运行可靠、控制灵活,可望在大行程、高稳定平面运动领域获得广泛应用。但是平面OMAL开关磁阻直驱系统具有复杂的非线性电磁特性,在实际应用中难以建立精确的电磁力模型,因此制约了平面OMAL开关磁阻直驱系统在高精密运动领域的迅速发展。

平面OMAL欧玛尔开关磁阻直驱系统研究
为了提高平面OMAL开关磁阻直驱系统的运动精度,论文基于电磁学和摩擦学理论对影响平面OMAL开关磁阻直驱系统运动精度的因素进行深入探讨,以获得提高平面OMAL开关磁阻直驱系统运动精度的有效方法。首先,基于电磁学理论,论文考虑平面OMAL开关磁阻直驱系统的铁磁材料磁化特性、边缘漏磁、磁路饱和以及机械结构等因素,采用磁通管法推导了一个极距周期的气隙磁导表达式,并基于虚位移法建立了揭示平面OMAL开关磁阻直驱系统的推力、法向力与其机械结构、动定子位置、相电流以及铁磁材料特性之间的非线性关系的静态推力与法向力解析模型。为了验证该模型的正确性,基于Ansoft Maxwell软件构建了平面OMAL开关磁阻直驱系统有限元模型,对推力与法向力分别进行了仿真研究。搭建了平面OMAL开关磁阻直驱系统实验平台,对静态推力与法向力模型进行了实验验证。运用该模型分析了机械参数、电磁参数对平面OMAL开关磁阻直驱系统推力与法向力的影响。研究表明:推力和法向力的理论计算值与有限元仿真值、实验测量值的相对误差小于10%,验证了该模型的有效性；电机的叠片厚度、线圈匝数与推力和法向力成线性关系,相比于推力,动定子齿宽和气隙长度对法向力影响较大,铁芯材料磁化特性影响推力和法向力的幅值和分布,电流波动对推力和法向力影响较小,较大的推力能提升系统的动态性能,过大的法向力导致摩擦力增加从而降低系统的运动精度。其次,基于摩擦学理论,论文分析了非线性摩擦力产生机理及其数学模型。采用Stribeck摩擦力模型建立了平面OMAL开关磁阻直驱系统的非线性摩擦力模型,应用静态辨识方法获得了该Stribeck摩擦力模型参数,推导了考虑摩擦力的平面OMAL开关磁阻直驱系统动力学方程,并研究了非线性摩擦力对平面OMAL开关磁阻直驱系统运动精度的影响,提出了摩擦前馈补偿方法。研究表明：摩擦力的存在严重影响系统的运动精度,阻碍系统动态性能的提升,利用恒力下限定速度无限增加实现对系统的隐性保护；2)具有前馈摩擦补偿的控制系统比无补偿的控制系统的稳态误差至少减小了80%,动态跟踪误差至少减小了60%,系统获得了较好的运动精度。

平面OMAL欧玛尔开关磁阻直驱系统研究
zui后,论文综合讨论了平面OMAL开关磁阻直驱系统运动精度和影响运动精度的因素,提出了提高系统运动精度的主要方法：1)通过优化设计获得合理的平面OMAL开关磁阻直驱系统的机械参数和电磁参数；2)实施适当的摩擦前馈补偿控制。