【摘要】： 機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃邮且环N集超環(huán)面行星蝸桿傳動和永磁同步電機于一體的復(fù)合空間傳動。該傳動實現(xiàn)了機、電和控制的有機集成,可以使機電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成大為簡化,在航空和航天等前沿技術(shù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。本文從傳動輸出特性、控制理論和控制實驗等方面對機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃舆M行了深入系統(tǒng)的研究。 采用轉(zhuǎn)化機構(gòu)法,推導(dǎo)了機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃又行行禽嗈D(zhuǎn)角與行星架轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系,根據(jù)不同蝸桿極對數(shù)對應(yīng)的環(huán)面定子永磁齒數(shù),提出了六種常見的行星輪安裝方式。給出了在不同的安裝方式下,同時參與嚙合齒數(shù)和嚙合區(qū)與蝸桿包角的關(guān)系式。推導(dǎo)了電磁嚙合輸出力矩,討論了其隨系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律。得到了六種安裝方式下該傳動力矩和角速度的輸出特性。 建立了機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)的機電耦合動力學(xué)模型,推導(dǎo)了該傳動輸出角速度與輸入電壓間的傳遞函數(shù),分析了傳動參數(shù)對速度響應(yīng)的影響規(guī)律�？紤]該傳動嚙合齒對數(shù)變化引起的的波動,得到了系統(tǒng)的實際速度響應(yīng)。設(shè)計了比例積分控制器,研究了控制系統(tǒng)對參數(shù)變化的魯棒性。求得了速度擾動引起的響應(yīng),得到了補償電壓和理想的速度響應(yīng)。 推導(dǎo)了機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃拥牧貍鬟f函數(shù),得到了考慮力矩波動的實際力矩響應(yīng)規(guī)律。運用二自由度控制方法,設(shè)計了二自由度力矩控制系統(tǒng),分析了參數(shù)變化對控制系統(tǒng)力矩響應(yīng)的影響規(guī)律,提出了周期性力矩擾動的校正方案。根據(jù)期望的動態(tài)性能,設(shè)計了二自由度速度控制系統(tǒng)獨立的控制器,給出了補償電壓,驗證了對速度擾動校正的有效性。 建立了機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃拥臓顟B(tài)空間模型,完成了最優(yōu)調(diào)節(jié)器的設(shè)計,給出了狀態(tài)變量的線性反饋控制規(guī)律,分析了權(quán)重系數(shù)選取對輸出性能的影響規(guī)律�？紤]該傳動固有的波動規(guī)律,設(shè)計了最優(yōu)伺服系統(tǒng),分析了參數(shù)變化對伺服性能的影響規(guī)律。結(jié)合古典控制與現(xiàn)代控制原理,完成了帶校正三階系統(tǒng)最優(yōu)控制器的設(shè)計,得到了平穩(wěn)的最優(yōu)控制律以及良好的跟蹤響應(yīng)特性,明顯改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 運用電機學(xué)理論,分析了機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃涌臻g螺旋的蝸桿繞組電流,建立了繞組電流與行星輪永磁齒的磁動勢模型,給出了該傳動電感的解析表達式,分析了電感隨傳動參數(shù)的變化規(guī)律。建立了磁鏈方程,得到了轉(zhuǎn)速為常值時電壓方程的電磁瞬態(tài)解。結(jié)合轉(zhuǎn)矩方程得到了傳動系統(tǒng)的運動方程和狀態(tài)方程,利用數(shù)值方法求解了該傳動系統(tǒng)的狀態(tài)方程,對系統(tǒng)的啟動過程進行了仿真計算,討論了狀態(tài)變量的響應(yīng)隨參數(shù)的變化規(guī)律。 采用陀螺儀作為角速度傳感器,設(shè)計并制作了偏置環(huán)節(jié)和運算放大電路,完成了機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)開環(huán)控制和閉環(huán)控制實驗,通過與理論計算以及Simulink仿真結(jié)果對比,驗證了理論分析的正確性,并為該傳動系統(tǒng)控制理論的進一步研究和實驗奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TH132
【圖文】：

圖 1-1 機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃訕訖Codel machine of the electromechanical integrated傳動不同于傳統(tǒng)的機械傳動，也不同于一傳動，并且將傳統(tǒng)超環(huán)面?zhèn)鲃诱駝有『屯瑴惣皞鲃颖确秶鷱V的優(yōu)點結(jié)合起來；同時觸、無磨損、無需潤滑和效率高等優(yōu)點；緊湊，傳動更加平穩(wěn)，運動精度也更高；于一體，通過控制蝸桿的輸入電流，系統(tǒng)可以取代伺服系統(tǒng)，使現(xiàn)有機電系統(tǒng)的結(jié)發(fā)展的大趨勢下，要求積極開拓新型的傳的集成。機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)適應(yīng)了僅可用于航空、航天、軍事和車輛等要求飛行器制導(dǎo)等控制要求高的技術(shù)領(lǐng)域，簡機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃拥慕Y(jié)構(gòu)集成和機電耦

(e)八齒雙四輪異步 (f)八齒四雙輪異步圖 2-6 八齒行星輪嚙合區(qū)隨包角的變化Fig. 2-6 Changes of the tooth number in mesh along with face widthangle for planets with eight teeth由圖 2-6 可知，嚙合區(qū)大小與包角的關(guān)系是由多個分段斜線組成，隨著包角的增大，每個行星輪同時參與嚙合的齒數(shù)增多，異步行星輪疊加以及乘以安裝倍頻后得到的同時參與嚙合的齒數(shù)也增多。在不同的安裝方式下，各段之間的增長幅度有差別，同步的行星輪數(shù)越多，增長越多。各段區(qū)間的大小又與異步輪數(shù)有關(guān)，異步行星輪越多，分段就越細小。各線段的端點為特殊點，這些點在理論計算中為單一齒數(shù)的嚙合區(qū)，不存在嚙合齒對數(shù)的交替，輸出力矩沒有波動，是平穩(wěn)輸出的最佳狀態(tài)，但由分析可知，這些點包含同時參與嚙合行星輪齒的一些臨界狀態(tài)，并不是穩(wěn)定的單一齒嚙合，所以不建議選用這些點作為樣機的蝸桿包角參數(shù)，根據(jù)機械加工要求，可以選用除這些特殊點以外的其它點。由于機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃拥妮敵隽嘏c同時參與嚙合的齒數(shù)緊密相關(guān)，所以可以由樣機所選蝸桿包角大小和行星輪的

【引證文獻】

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1 高杉;;感應(yīng)電機拖動的調(diào)速控制系統(tǒng)探究[J];電源技術(shù)應(yīng)用;2014年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王芬;機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃臃蔷�性振動分析[D];燕山大學(xué);2011年

本文編號：2717331