基于ADAMS的永磁球形电机动力学建模与控制

【摘要】随着现代工业技术的不断发展,能够在空间内实现三自由度运动的球形电机受到国内外众多学者的广泛关注。与传统的单自由度电机相比,球形电机不仅简化了系统结构,减小体积,而且在系统的定位精度和动态性能方面均有很大的提高。本文主要针对一种新型永磁球形电机的动力学建模与控制展开研究。不同于传统的多刚体力学建模法,本文基于ADAMS软件搭建永磁球形电机转子的动力学模型,并在此基础上对其动力学控制展开联合仿真研究。本文的研究工作如下：(1)首先,简要介绍了本文研究的新型永磁球形电机的基本结构。然后通过坐标旋转变换以及拉格朗日第二方程建立基于多刚体力学的永磁球形电机转子动力学模型。(2)有别于上述繁冗的数学建模法,基于动力学仿真软件–ADAMS建立永磁球形电机转子的动力学物理模型。首先,采用三维绘图软件Solidworks建立其转子的实体模型,然后将该模型导入到ADAMS中,通过添加质量属性和约束,完成永磁球形电机的动力学建模,并通过动力学仿真得到电机转子输出轴的轨迹曲线,为后续的联合仿真研究奠定基础。(3)基于联合仿真平台,实现永磁球形电机的动力学控制。首先,由ADAMS软件提供被控对象,MATLAB软件提供控制系统,进而完成联合仿真平台的搭建。然后,在此基础上,基于PD控制以及模糊控制两种算法实现永磁球形电机动力学控制的仿真实验。仿真结果对比可知,基于模糊控制的永磁球形电机轨迹跟踪效果较PD控制更为优越。本文提出的基于ADAMS的动力学建模与联合仿真平台可为后续永磁球形电机的控制实验提供一条新的思路。本论文的研究工作得到国家自然基金项目“三自由度永磁球形电动机若干关键问题的深入研究”(51177001)、国家自然基金项目“基于虚拟样机建模的永磁球形电机自适应反演协同控制研究”(51307001)、安徽省高等学校省级自然科学研究重点项目“三自由度永磁球形电机伺服控制系统的研究”(KJ2013A012)、安徽省教育厅自然科学研究重点项目“多自由度永磁球形电动机结构优化及位置检测研究”(1308085QE82)的共同资助。
【作者】赵双双；
【导师】李国丽；
【作者基本信息】安徽大学，控制工程，2014，硕士
【关键词】永磁球形电机；联合仿真；Solidworks；ADAMS；MATLAB；PD控制；模糊控制；

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