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平面OMAL歐瑪爾開關(guān)磁阻電機
平面OMAL開關(guān)磁阻電機遵循磁阻zui小原理工作，是一種新型的平面電機，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低廉、可靠性高、行程大和環(huán)境適應(yīng)性強等突出特點，在大行程高精度平面驅(qū)動裝置的微電子制造、超精密加工等*制造裝備領(lǐng)域顯示出極大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

平面OMAL歐瑪爾開關(guān)磁阻電機
針對原有平面OMAL開關(guān)磁阻電機運動精度較低的不足，圍繞平面OMAL開關(guān)磁阻電機運動精度生成機理的關(guān)鍵科學(xué)問題，論文深入研究平面OMAL開關(guān)磁阻電機的高精度運動機理及其控制方法，為大行程高精度平面OMAL開關(guān)磁阻電機的工業(yè)應(yīng)用提供系統(tǒng)的理論支撐和設(shè)計參考。綜合考慮降低平面OMAL開關(guān)磁阻電機的力脈動和形變并提高電機運動精度的要求，優(yōu)化設(shè)計了平面OMAL開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)。根據(jù)期望的zui大推力和zui大速度，理論推導(dǎo)了動定子的主要幾何尺寸、電磁參數(shù)與動力學(xué)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。為降低電機力脈動，選取了更小的極距和更多的動子齒對數(shù)等參數(shù)，進而確定了動定子的主要幾何尺寸和電磁參數(shù)。為減小運動平臺形變，利用ANSYS Workbench有限元軟件優(yōu)化設(shè)計了運動平臺的機械結(jié)構(gòu)?；趦?yōu)化設(shè)計的電機結(jié)構(gòu)研制了一臺平面OMAL開關(guān)磁阻電機，構(gòu)建了實驗平臺，測量并分析了電機的機械與電磁特性。研究結(jié)果表明，研制的平面OMAL開關(guān)磁阻電機其推力、速度、形變和強度滿足設(shè)計要求，有效降低電機力脈動從而提高電機運動精度。采用稀疏zui小二乘支持向量機回歸算法，建立了平面OMAL開關(guān)磁阻電機的非線性力電流轉(zhuǎn)換模型，利用等效磁路法、磁通管道法和虛功法，理論推導(dǎo)了電機的非線性推力和法向力模型，通過LuGre動態(tài)摩擦模型，構(gòu)建了電機的非線性摩擦力模型，分別對這四個非線性模型進行了仿真和實驗。仿真和實驗結(jié)果表明：非線性力電流轉(zhuǎn)換模型可精確地預(yù)測大于1A的電流；非線性推力和法向力模型的理論計算值與有限元仿真計算值、實驗測量值之間的平均相對誤差均小于10%；非線性摩擦力模型計算的摩擦力與仿真系統(tǒng)的摩擦力之間的平均相對誤差約為10%；所建立的非線性模型具有精確性，為實現(xiàn)平面OMAL開關(guān)磁阻電機的高精度運動奠定了理論基礎(chǔ)。采用局部靈敏度分析理論，推導(dǎo)了平面OMAL開關(guān)磁阻電機參數(shù)對推力和法向力的歸一化靈敏度，基于推導(dǎo)的歸一化靈敏度揭示了電機參數(shù)對電機運動精度的影響規(guī)律，并給出了提高電機運動精度的措施。研究結(jié)果表明：動定子疊片厚度、齒距、氣隙、繞組線圈匝數(shù)、電流和位置對推力和法向力的歸一化靈敏度主要屬于超高靈敏度等級；動定子疊片厚度、電流、氣隙、齒距、位置、動子繞組線圈匝數(shù)對電機運動精度的影響程度依次增大，其對電機運動精度影響所作貢獻的百分比分別為10.12%、15.05%、17.26%、18.07%、19.27%、20.23%；獲得了平面OMAL開關(guān)磁阻電機的運動精度生成機理與規(guī)律，為實現(xiàn)其高精度運動控制提供了理論支撐。探討了平面OMAL開關(guān)磁阻電機的能效提升問題，提出了一種基于zui大力電流比策略的平面OMAL開關(guān)磁阻電機能效提升方法。為描述zui大力電流比策略，構(gòu)建了一個具有時變參數(shù)的約束優(yōu)化問題，通過懲罰函數(shù)法將該約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一個非約束優(yōu)化問題，采用設(shè)計的自適應(yīng)遺傳算法求解該非約束優(yōu)化問題。對提出的zui大力電流比策略進行了仿真和實驗。仿真和實驗結(jié)果表明：與傳統(tǒng)電流分配方法相比，基于zui大力電流比策略的電流分配方法使電機銅耗降低10%以上，有效提高了電機能效，同時實現(xiàn)了電機平穩(wěn)快速準確的軌跡跟蹤。理論推導(dǎo)了平面OMAL開關(guān)磁阻電機的比例位置控制、比例積分位置控制、比例微分位置控制、比例積分微分位置控制的穩(wěn)態(tài)位置誤差，選用比例微分位置控制器對其進行了運動控制實驗，設(shè)計了基于輸入輸出的模型參考自適應(yīng)位置控制器，分析了模型參考自適應(yīng)位置控制的穩(wěn)定性，對電機系統(tǒng)進行了模型參考自適應(yīng)位置控制實驗，構(gòu)建了基于前饋摩擦補償器的電機位置控制系統(tǒng)并對其進行了比例微分控制實驗。實驗結(jié)果表明：比例微分位置控制系統(tǒng)平穩(wěn)快速準確地實現(xiàn)了±0.3μm穩(wěn)態(tài)位置誤差的1μm行程定位、±2.3gm穩(wěn)態(tài)位置誤差的290mm行程定位、±56.9μm動態(tài)位置誤差的57～100mm行程軌跡跟蹤；模型參考自適應(yīng)位置控制系統(tǒng)平穩(wěn)快速準確地完成了15mm行程的亞微米級定位，穩(wěn)態(tài)位置誤差為±0.2μm；與未施加前饋摩擦補償器相比，基于前饋摩擦補償器的電機比例微分位置控制系統(tǒng)軌跡跟蹤的動態(tài)位置誤差減小了33%以上，實現(xiàn)了+0.2μm穩(wěn)態(tài)位置誤差的1μm行程定位、±1.5μm穩(wěn)態(tài)位置誤差的290mm行程定位、0.5gm的x軸和y軸定位分辨率；平面OMAL開關(guān)磁阻電機實現(xiàn)了微納米級精度運動。

平面OMAL歐瑪爾開關(guān)磁阻電機
綜上，OMAL優(yōu)化設(shè)計了平面OMAL開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)，分析了平面OMAL開關(guān)磁阻電機的機械與電磁特性，建立了平面OMAL開關(guān)磁阻電機的非線性模型，揭示了平面OMAL開關(guān)磁阻電機的運動精度生成機理，提出了一種基于zui大力電流比策略的平面OMAL開關(guān)磁阻電機能效提升方法，設(shè)計了三種平面OMAL開關(guān)磁阻電機的高精度位置控制器，研制了樣機并完成了所提出的理論的實驗驗證，實現(xiàn)了平面OMAL開關(guān)磁阻電機的微納米級精度運動控制。取得的平面OMAL開關(guān)磁阻電機的高精度運動機理及其控制方法為高精度平面OMAL開關(guān)磁阻電機的應(yīng)用提供了系統(tǒng)的理論支撐和設(shè)計參考。