The singularity avoidance problem of redundant DOF manipulator was studied.A kinematic model of a 7-DOF manipulator was established based on the screw theory.The singularity of the manipulator was analyzed,and the velocity level inverse kinematics algorithm for singularity avoidance was derived based on the minimum singular value as the singularity optimization index.A path planning experiment for singularity avoidance was conducted based on the velocity level inverse kinematics algorithm.The experimental results show that the inverse kinematics algorithm has good accuracy,which verifies the effectiveness of the singularity avoidance algorithm and lays the foundation for the motion planning of redundant manipulators.
This article firstly models high-frequency and low-frequency signals based on their different characteristics, and then proposes a model and an estimation method for predicting the capacitive shaft voltage of electric vehicle electric drive systems without power supply. Then, based on the shaft voltage model, the influence of two mainstream transmissions is further considered, and an equivalent circuit model of the transmission is established, which can obtain the shaft voltage estimation of the transmission shaft and motor shaft, and realize the shaft voltage modeling and calculation of the overall drive system of electric vehicles. Finally, the paper compares the simulation waveform of the shaft voltage of the transmission shaft and motor shaft of the two transmissions, providing a reference for the selection of transmissions in the electric drive system of electric vehicles.
To improve the reliability of the five-phase permanent magnet synchronous motor system, an open-circuit fault diagnosis method based on the residual current of the mixed logical dynamic model is proposed. According to the continuous current state variables and discrete switching signals of the motor system, a mixed logical dynamic model is established to estimate the real-time motor current. The polarity of the residual current between the model and the actual current is selected as the diagnostic feature. Then, the faulty switch is located by building the fault table. The experiment shows that this method can effectively diagnose single and two open-circuit faults in the system, and the diagnosis time is less than 60% of the current cycle.
为了进一步提高永磁直线同步电机的推力密度和过载能力,将取向硅钢片应用于直线电机的初级铁心.构建了取向硅钢片直线电机的磁网络模型,结合该模型以电磁推力、推力波动和永磁体利用率为优化目标,研究了一种基于灵敏度分析的分层优化方法.针对优化变量采用田口法结合遗传算法进行多目标优化,普通优化变量则采取单参数扫描法进行单目标优化.结果表明,取向硅钢片直线电机的各优化方案,相比初始方案,电磁推力更大的同时推力波动更小,永磁体利用率也得到了提高.
高温超导调相机以响应速度快和占用空间小等优势而在孤岛等特殊电力系统场合被用来替代传统调相机.为保证超导励磁绕组始终工作在超导态,提高高温超导调相机的运行可靠性,需要探究高温超导调相机的阻尼屏蔽结构对超导励磁绕组区域的异步磁场的抑制能力,通过三维有限元仿真对比不同阻尼屏蔽结构在超导电机端部和非端部区域的异步磁场抑制能力,结果表明,铜套阻尼屏蔽结构更加适合应用于高温超导调相机.利用三维仿真计算采用不同阻尼屏蔽结构的高温超导调相机的暂态性能,发现采用铜套阻尼屏蔽结构的高温超导调相机具有更小的次暂态电抗和更大的短路电流.
针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统在负载扰动、内部参数变化等各种不确定影响因素下,导致系统位置跟踪精度降低的问题,提出一种基于非线性扰动观测器(NDO)的自适应反推非奇异终端滑模控制(ABNTSMC)方法.反推控制与非奇异终端滑模控制相结合,利用反推将复杂的非线性系统进行降阶处理,通过非奇异终端滑模控制使各个子系统状态能够在有限时间内实现快速收敛,并通过自适应算法对控制器切换项的扰动上界进行动态调整,削弱滑模抖振.结合NDO实时辨识系统不确定性扰动的特性,将观测值前馈补偿到滑模位置控制器中,以减小系统跟踪误差,提高系统抗干扰能力.该控制方法与滑模控制(SMC)、ABNTSMC进行仿真对比,从而验证该控制方法的有效性.
油冷电机利用冷却油作为冷却介质,通过喷淋,使油直接与定转子进行热交换,可以取得较好的冷却效果.介绍一种在越野工况下开发的油冷电机方案,油路设计可以将油更加均匀稳定的喷淋到绕组和定子上,对电机内热源进行充分冷却;即使电机在运行中出现倾角的变化,也不会影响冷却和集油效果,使车辆在不影响性能的情况下可以更好地适应复杂地形.通过仿真和实验,分析并验证了该方案的喷淋效果和电机温升情况.相比于水冷电机,冷却效果提升 28%.
高频轴向磁通永磁电机在负载运行时电枢绕组内产生较大的交流铜耗,针对交流铜耗的分析计算主要依赖有限元方法,仿真模型占用资源较大、耗时较长.利用精确子域法,建立了一个考虑各次时间谐波的高频轴向磁通永磁电机的交流铜耗解析模型,缩短了计算时间,建立的计算模型考虑了槽口尺寸和导体尺寸对交流铜耗的影响.以一台 7 kW高频轴向磁通永磁电机为例,通过有限元验证解析计算的准确性,并研究了高频轴向磁通永磁电机交流铜耗的影响因素.
行星滚柱丝杠副滚柱端齿轮为带有螺纹槽的渐开线直齿轮,与螺母固联的内齿轮相啮合.受螺纹槽的影响,齿面啮合接触应力与完整的直齿轮啮合接触应力不同.以行星滚柱端齿轮为研究对象,通过齿轮设计专业软件KissSoft和三维软件进行建模,利用有限元仿真软件分析带有螺纹槽的齿轮齿面接触应力分布和变化规律.研究表明,螺纹槽的存在增大了齿轮啮合的齿面接触应力,随着螺纹槽螺距的减小,齿面接触应力呈上升趋势,过大的螺距将减弱齿轮的抗弯强度.
弱磁是高速永磁同步电机提升调速能力的有效措施,常用的电压反馈弱磁控制策略下,控制系统中包含两个电流调节环,交直轴电流耦合会随转速上升而增强,导致高速驱动控制性能变差,严重时甚至引发系统失稳.针对该问题,结合压缩机电机的负载特性,提出一种基于电压限幅的新型单电流弱磁控制策略,通过对q轴电压进行动态限幅,在一个控制拓扑下实现了中低速弱磁时双电流调节模式及高速弱磁时单电流调节模式的自然过渡.仿真及实验结果验证了该方法的有效性,相比电压反馈弱磁控制方法,较好地解决了高速电流耦合问题,且提高了弱磁的动态响应.
分析了电机不同损耗与母线电压之间关系,并通过分析一台永磁同步电机在不同母线电压下的测试数据,探讨了母线电压对电机效率的影响.结果表明,铁心损耗随母线电压的升高而增大;在低转速阶段,定子铜耗和杂散损耗不受母线电压的影响,在高转速阶段,母线电压越大,定子铜耗和杂散损耗越小;电机效率高效工作区占比随母线电压的升高而升高,且随母线电压的升高向高速高转矩方向移动.
磁编码器是新型非接触式位置传感器,具有体积小、成本低等优点,应用于伺服、机器人等高精度控制领域.阐述了磁编码器的工作原理,介绍了磁阻式和霍尔式两类磁编码器的研究现状及应用.总结了单极型和多极型磁编码器的位置解算方法,包括正反切法、锁相环法、游标卡尺法等.剖析了谐波失真、幅值相位偏差、随机噪声等磁编码器位置检测的主要误差来源及其误差补偿算法.深入探讨了目前市场上常见的磁编码器产品性能、应用领域,并展望磁编码器的未来发展方向.
通过分析轻型锂电车电机控制器和电池管理系统功能模块,设计了一款电机电池一体化控制器.采用STM32 作为中央控制模块,实现电机驱动,控制器电流、电压、温度等参数实时感知与处理,过流保护,稳压调压等功能.实验结果表明,稳压调压模块能够为各模块提供稳定供电,驱动并控制三相电机实现高效速度响应,准确地测量温度、电压、电流、速度等参数.控制器工作性能稳定,减少了电子元器件数量,降低了轻型锂电车控制器的物料清单成本.
电主轴的冷却流道结构设计及冷却条件对其温升性能影响重大.漫水式流道作为一种常见的主轴冷却流道结构形式,其结构参数包括漫水通流面积、淌水间隙、流道缺口列数和缺口宽度等.建立漫水式冷却流道的电主轴流固耦合仿真模型,研究上述几何参数对电主轴温度场的影响.结果表明,同等冷却条件下,淌水间隙越小,流道缺口列数越少,流道缺口宽度越小,且漫水通流面积与冷却流道入口面积相当时,主轴整机温升越小,即冷却效果越好.研究结果可为电主轴漫水式冷却流道的结构参数设计提供理论指导.
针对一般粒子群算法辨识永磁同步电机参数由于其粒子在迭代后期易陷入局部最优而导致收敛速度慢和辨识精度差的缺陷,提出了一种基于混沌映射和高斯扰动改进的粒子群算法实现对永磁同步电机参数高精度辨识.利用混沌Sine映射构造了一种非线性随机递减惯性权重,并在粒子群的"个体认知"部分引入高斯扰动策略.采用Sine函数构造学习因子.改进算法仅需采集电机定子电流、电压以及转速信号便可实现永磁同步电机多参数的准确辨识.对比仿真结果表明:基于混沌映射和高斯扰动改进的粒子群算法具有更快的收敛速度和更高的辨识精度,对于永磁同步电机控制性能改善具有重要意义.
空心脉冲发电机作为一种高功率的脉冲电源,在电磁发射技术、电磁炮、激光武器等领域有着广泛的应用.空心脉冲发电机的结构、设计、控制方式以及工作特性跟常规电机有很大的不同,对该电机的研究主要以理论研究和仿真研究为主,研究手段大都采用有限元法.有限元法的优点是计算精度高,不足在于建模过程比较复杂,计算时间比较长,如果电机的参数发生变化,必须重新对电机进行建模分析.给出了空心脉冲发电机绕组电感计算的一般方法,以一种无补偿绕组空心脉冲发电机为例,建立了该电机的数学模型,根据电机的设计参数计算了电机励磁绕组和电枢绕组的自感及互感,并利用其数学模型对电机的空载以及负载工作特性进行了分析.将解析法的计算结果和有限元法的计算结果进行比较,验证了电感计算方法及数学模型的正确性.
为满足电动汽车高压平台对低压充电桩的兼容,实现动力电池充电,介绍了一种集成式升压充电系统,通过用电驱动系统的电机和电机控制器来组成Boost变换器.对两相交错并联时的工作特性进行分析,根据状态空间平均建立了交流小信号模型,设计了电压电流双闭环PI控制系统并进行了仿真.结果表明,该双闭环控制策略能实现两相交错并联变换器的动态控制,电流纹波小且输出电压稳定,满足电动汽车的应用需求.
为了研究混合冷却结构对高速永磁同步电机散热性能的影响,以一台功率 450 kW,转速 23000 r/min的高速大功率永磁电机为例,根据流体力学和数值传热学的基本理论,给出合理的假设与边界条件,并建立了三维流热耦合求解域模型.针对高速永磁电机转子发热严重的缺点,建立了定子分段的径向通风空-水混合冷却系统,对三维模型进行耦合求解,确定了电机的最优冷却水速,分析了定子分段尺寸与入口通风量对转子温升的影响.结果表明,该冷却结构能够有效地抑制转子部位的最高温升,对高速永磁同步电机冷却系统设计提供借鉴意义.
基于模态分析理论,以某磁悬浮轴承高速永磁电机三段式转子为研究对象,通过修正零件材料弹性模量参数建立转子模型,采用有限元分析软件对转子模型进行模态仿真分析,并通过模态实验对仿真结果进行验证.结果表明,通过该修正模型得到的前 2 阶固有频率与实验结果误差小于 5%,验证了该方法的可靠性.该研究为同类型转子高速永磁电机转子动力学分析提供参考.
极槽配合的选择一直作为电机设计的首要问题备受关注.选择 4 种极槽配合,结合直驱电机的绕组系数和齿槽转矩进行分析,主要将齿槽转矩、空载反电动势、气隙磁密与转矩脉动等参数作为衡量电机的性能指标进行对比分析,得出极槽配合为 27/28 的直驱电机具有较低的齿槽转矩和转矩脉动、气隙磁密与空载反电动势的谐波含量较小,综合性能较好.为直驱电机在数控机床上的选择及优化提供了一个重要的参考依据.
