【摘 要】
：
球形电机作为一种新型特种电机,与传统的单轴多自由度传动装置相比,具有结构紧凑、传动效率高、动态性能好等优势,其凭借单台电机的优势可以在有限的空间里进行多维运动。但球形电机独特的机械结构以及其非线性、多变量、强耦合的动力学模型,使其驱动电路设计、控制算法研究难度远高于传统电机。本文分析了永磁球形电机动力学模型和转矩模型,对驱动控制系统进行了设计,开发了基于STM32主控器与触摸屏的具有人机交互功能的
【基金项目】
：
国家自然基金项目“复杂电机系统关键基础问题研究”（51637001）；
论文部分内容阅读
球形电机作为一种新型特种电机,与传统的单轴多自由度传动装置相比,具有结构紧凑、传动效率高、动态性能好等优势,其凭借单台电机的优势可以在有限的空间里进行多维运动。但球形电机独特的机械结构以及其非线性、多变量、强耦合的动力学模型,使其驱动电路设计、控制算法研究难度远高于传统电机。本文分析了永磁球形电机动力学模型和转矩模型,对驱动控制系统进行了设计,开发了基于STM32主控器与触摸屏的具有人机交互功能的上位机;提出了基于名义模型的永磁球形电机自适应摩擦补偿鲁棒控制和基于梯度补偿的永磁球形电机延时控制两种控制算法,并分别对其进行仿真分析;最后在改进后的驱动控制系统上进行了实验验证。本文的主要研究工作如下:1)介绍了永磁球形电机基本结构,运用拉格朗日能量法推导出了永磁球形电机动力学模型,同时根据叠加定理对其整体电磁转矩特性进行分析。2)对驱动系统进行了设计:利用STM32主控器与触摸屏组成上位机,减小了驱动控制系统的体积及线路复杂度,提高系统整体动态响应速度;在此基础上,改进了电流驱动控制算法,使定子线圈的电流响应时间尽可能短、电流变化阶段尽可能平稳。3)针对永磁球形电机运动控制系统中存在的不确定性摩擦干扰,提出了一种自适应摩擦补偿鲁棒控制方法,利用自适应补偿器和鲁棒补偿器分别补偿不同类型的摩擦,仿真结果证明了所提控制算法的有效性,并在优化改进后的实验平台上完成实验验证。4)考虑永磁球形电机动力学模型中存在的建模误差、负载扰动以及摩擦干扰等未知项和难以处理的非线性项,提出了一种基于梯度补偿的延时控制方法,采用延时控制对未知项和非线性项进行估计,并引入梯度补偿对延时控制所引起的估计误差进行修正和补偿,最后对所提控制算法进行了仿真分析及实验验证。
其他文献
生物有机体利用其身体的柔顺性来降低与环境相互作用的复杂度,这一特性推动了人们对软体机械臂的广泛研究。相比于传统的刚性机械臂,软体臂在非结构化环境和人机交互环境中操作任务更加稳健和顺从,在处理精细脆弱物体、水下无损抓取、外科医疗等领域都受到了日益增长的需求。然而,软体臂要成功地应用于各个领域需要依赖于控制器的开发。与传统的刚性机械臂不同,刚体机械臂由刚体连接的每个关节的旋转和弯曲来表示运动,而软体臂
为了实现“3060”双碳目标,我国正大力发展以氢能、太阳能和风能等为主的新型能源系统,双馈风力发电机在风电场的建设中得到了广泛的应用。由于双馈风机中含有背靠背电力电子的变流装置,工作过程产生低频和高频谐波电流,为抑制谐波电流对电网的影响,在网侧变流器一端设置了LCL入口滤波器。在实际运行中入口滤波器出现故障或不稳定运行的问题,对风力发电系统的安全稳定运行带来了挑战。现有文献大多将双馈风机的谐波模型
光伏并网发电等新能源并网发电需要逆变器,逆变器输出交流电波形质量的关系到并网电能质量。多电平逆变器具有控制方式灵活、输出波形质量高、开关器件承受的电压应力小等优点,能够适应更高的性能指标要求。因此,本文研究了单相新型混合七电平逆变器,主要内容有:1.概述了多电平逆变器的发展历史与意义,分析了典型多电平逆变器拓扑结构的工作原理和常用的控制策略,介绍了多电平逆变器的研究的现状和问题。2.介绍了采用模块
随着高能稀土永磁材料的研究与不断发展,永磁直流无刷电机（Brushless Direct Current,BLDC）因有着体积与噪声小、重量轻且易于控制等诸多优点而被广泛应用在工业、家电、医用器械、航天等领域。众所周知,无刷直流电机需要根据转子位置信号来确定绕组通电顺序,一般情况下无刷直流电机的转子位置信息由安装在电机内部的机械传感器获取,但是机械传感器的安装增加了电机安装的复杂性,同时在恶劣环境
近年来,由于国家政策的大力扶持,新能源汽车技术迅速发展。驱动电机作为电动汽车动力系统核心模块,与传统的电励磁电机相比,永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度高、转矩高、效率高等优点,被视为驱动电机最理想的选择。然而,小体积、高功率密度就意味着高损耗密度,电机过热会导致内部绝缘层破坏和永磁体退磁,为了最大限度地提高永磁同步电机功率密度,提升电机性能,需要在设计阶段考虑电机的散热问题,保证电机的安全
工业机器人在各个行业广泛运用,有效地提高了企业生产效率,有助于相关产业升级。随着投运时间增长,工业机器人难免出现性能下降甚至故障情况,然而对种类和数量繁多的机器人进行人工巡查变得日益困难,因此对工业机器人进行远程状态监测十分必要。作为状态监测系统的前端硬件系统,精确采集机器人运行状态数据将直接影响状态监测分析精确度。本文以工业机器人为对象,研究工业机器人状态监测系统的关键技术,设计了一种基于嵌入式
随着《普通高中历史课程标准（2017年版2020年修订）》的颁布，课程改革进一步推进，新版教材《中外历史纲要》的内容大幅增加，这就要求教师寻求更高效的教学模式。大单元教学适应了新课改的要求，整合教材内容，有利于提高教师的教学效率，提高学生的综合能力。在分析大单元教学特征、现存问题及问题归因的基础上，提出确定教学主题、整合教学内容、优化课堂实施及进行多元化评价等大单元教学的应用策略。
作为新能源技术中核心装置的逆变器,承担了电网系统中功率变换的重要任务。中点箝位型三电平逆变器凭借耐压高、输出电压谐波畸变率较低等优点,被广泛应用在功率变换场合。但是,NPC三电平逆变器与两电平逆变器相比,开关元件数量更多,发生故障的概率会更高。为保证系统的正常安全运行,应及时进行故障诊断。本文以NPC三电平逆变器开关管开路故障问题为研究对象,研究内容如下:1.NPC三电平逆变器在不同故障情况下输出
风电技术的应用有利于解决我国当前的资源紧张和环境污染等问题,但目前的风电技术尚有不少亟待完善的问题。因此尽快成熟风电技术、发展风电产业对我国的电网规划与能源发展都有着非凡的意义。在风能行业中,双馈感应发电机（Doubly Fed Induction Generator,DFIG）因具有构造简易、维修简单、成本低等优势,现已在兆瓦级以上的风机市场中有着举足轻重的地位,也必将成为未来的风机市场中的主流
获取准确的转子位置信息对闭环电机控制系统极其重要。旋转变压器、光电编码器和霍尔传感器通常用于测量电机的转子角位置,其中,旋转变压器在精度和环境适应性方面有着明显的综合优势。变磁阻（variable reluctance,VR）旋转变压器是一种特殊结构的多极旋转变压器,利用不同的磁阻调制电信号,其定子绕组的电感是转子角位置的函数。相较光电编码器和霍尔传感器,变磁阻旋转变压器简单且坚固的转子能承受较大