1、汽車電子報告姓名付豪學(xué)號2013212359班級0841301學(xué)院名稱汽車驅(qū)動、直線發(fā)電機與振動能量收集目的：提供能量1、摘要直線電機經(jīng)常簡單描述為旋轉(zhuǎn)電機被展平，而工作原理相同。動 子是用環(huán)氧材料把線圈壓縮在一起制成的 .而且，磁軌是把磁鐵（通 常是高能量的稀土磁鐵）固定在鋼上。電機的動子包括線圈繞組，霍 爾元件電路板，電熱調(diào)節(jié)器（溫度傳感器監(jiān)控溫度）和電子接口。在 旋轉(zhuǎn)電機中 ,動子和定子需要旋轉(zhuǎn)軸承支撐動子以保證相對運動部分 的氣隙。同樣的，直線電機需要直線導(dǎo)軌來保持動子在磁軌產(chǎn)生的磁 場中的位置。 和旋轉(zhuǎn)伺服電機的編碼器安裝在軸上反饋位置一樣， 直 線電機需要反饋直線位置的反饋裝置 -

2、直線編碼器 ,它可以直接測量 負載的位置從而提高負載的位置精度 .直線電機的控制和旋轉(zhuǎn)電機一樣。象無刷旋轉(zhuǎn)電機，動子和定子 無機械連接（無刷） ,不像旋轉(zhuǎn)電機的方面，動子旋轉(zhuǎn)和定子位置保 持固定，直線電機系統(tǒng)可以是磁軌動或推力線圈動 （大部分定位系統(tǒng) 應(yīng)用是磁軌固定 ,推力線圈動）。用推力線圈運動的電機，推力線圈 的重量和負載比很小。然而 ,需要高柔性線纜及其管理系統(tǒng)。用磁軌 運動的電機，不僅要承受負載，還要承受磁軌質(zhì)量，但無需線纜管理 系統(tǒng).相似的機電原理用在直線和旋轉(zhuǎn)電機上。相同的電磁力在旋轉(zhuǎn)電 機上產(chǎn)生力矩在直線電機產(chǎn)生直線推力作用 .因此 ,直線電機使用和旋轉(zhuǎn)電機相同的控制和可編程配置

3、直線電機的形狀可以是平板式和 U型槽式，和管式哪種構(gòu)造最適合要看實際應(yīng)用的規(guī)格要求和工作環(huán) 境。圖1磁懸浮軸承2D模型2、原理直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能，而不需要任 何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置 它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機按徑向剖 開，并展成平面而成。由定子演變而來的一側(cè)稱為初級，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次 級。在實際應(yīng)用時，將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需行 程范圍內(nèi)初級與次級之間的耦合保持不變。 直線電機可以是短初級長 次級,也可以是長初級短次級。考慮到制造成本、運行費用，以直線 感應(yīng)電動機為例：當(dāng)初級繞組通入交流電源時 ，便在氣隙中產(chǎn)生行波 磁場，次級在行波磁場切割

4、下，將感應(yīng)出電動勢并產(chǎn)生電流，該電流 與氣隙中的磁場相作用就產(chǎn)生電磁推力。 如果初級固定，則次級在推 力作用下做直線運動；反之，則初級做直線運動 .直線電機的驅(qū)動控 制技術(shù)一個直線電機應(yīng)用系統(tǒng)不僅要有性能良好的直線電機， 還必須 具有能在安全可靠的條件下實現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟要求的控制系統(tǒng)。 隨著自 動控制技術(shù)與微計算機技術(shù)的發(fā)展，直線電機的控制方法越來越多。對直線電機控制技術(shù)的研究基本上可以分為三個方面：一是傳統(tǒng) 控制技術(shù)，二是現(xiàn)代控制技術(shù)，三是智能控制技術(shù)。傳統(tǒng)的控制技術(shù) 如 PID 反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 其中 PID 控制蘊涵動態(tài)控制過程中的信息 ,具有較強的魯

5、棒性，是交 流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)中最基本的控制方式。為了提高控制效果,往往采用解耦控制和矢量控制技術(shù)。 在對象模型確定、 不變化且是線性的 以及操作條件、 運行環(huán)境是確定不變的條件下， 采用傳統(tǒng)控制技術(shù)是 簡單有效的。 但是在高精度微進給的高性能場合， 就必須考慮對象結(jié) 構(gòu)與參數(shù)的變化 .各種非線性的影響，運行環(huán)境的改變及環(huán)境干擾等 時變和不確定因數(shù)，才能得到滿意的控制效果。因此 ,現(xiàn)代控制技術(shù) 在直線伺服電機控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有 : 自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制及智能控制 .主要是將模糊 邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與 PID 控制等現(xiàn)有的成熟的控制方法相結(jié)合， 取長補 短，

6、以獲得更好的控制性能。3、汽車減震器與直線發(fā)電機能量收集將直線發(fā)電機進行改裝后與減震器彈簧相配合。圖2汽車減震器模型1、磁懸浮軸承目的：通過減小摩擦減少能量消耗1、摘要磁懸浮軸承是利用電磁力的作用使轉(zhuǎn)子懸浮在空中，從而實現(xiàn)非接觸支承的一種新型軸承。電磁軸承的基本功能是通過對軸承轉(zhuǎn)子進 行無接觸、無潤滑、無磨損的懸浮支承。未來高速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支承軸承 主要研究方向是磁懸浮軸承。磁懸浮軸承由電控系統(tǒng)和機械系統(tǒng)兩大 部分組成。電控系統(tǒng)是磁懸浮軸承系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它主要由傳感器、控制器及功率放大器組成。本文主要以電控系統(tǒng)為研究對象，對電控系統(tǒng)的各部分進行了深入的研究。-轉(zhuǎn)子-徑間磁極-永磁環(huán)永磁偏置I軸向

7、徑向 磁軸承-食筒一軸向磁極-定子圓盤圖3磁懸浮軸承3D模型2、磁懸浮軸承特點 機械方面的優(yōu)點磁懸浮軸承實現(xiàn)了無機械接觸和電子控制 ,與普通的軸承相比電 磁力軸承具有以下優(yōu)點： 、無機械接觸方面的優(yōu)點因為電磁力軸承具 有無接觸、無磨損和無潤滑等優(yōu)點 ,它可以被用于凈室無菌車間、真 空技術(shù)和非常純凈介質(zhì)的傳輸。 由于完全消除磨損， 所以磁力軸承 壽命實際上是控制系統(tǒng)元件的壽命， 比機械接觸軸承使用周期要長很 多，同時可以減少維護工作量和降低潤滑系統(tǒng)的使用費 .磁力軸承可 以在惡劣的工作環(huán)境下工作 .轉(zhuǎn)子的速度可以達到很高，適用于高速 運行的場合。控制方面的優(yōu)點可以對轉(zhuǎn)子的位置進行控制 .磁力軸承

8、和其他軸承不相同，如果轉(zhuǎn) 子不在軸承的中心位置處，可以通過調(diào)節(jié)使轉(zhuǎn)子達到指定位置,轉(zhuǎn)子可以在徑向和軸向自由的移動。軸承阻力與剛度是由控制系統(tǒng)決定 的，在一定范圍內(nèi)不但可以自由設(shè)計 ,在運行過程中也可以調(diào)控 ,因此 動態(tài)特性比較好。 為了能夠?qū)Υ帕S承進行控制， 因此需要對轉(zhuǎn)子的 狀態(tài)量進行測量 .所測得的信號可以用來評估不平衡大小及運行狀態(tài) 監(jiān)測，便于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 .3、國外發(fā)展?fàn)顩r 利用磁力讓物體能夠處于無接觸的懸浮狀態(tài)是人類的一個夢想， 人們曾采用永久磁鐵來實現(xiàn)物體無接觸懸浮， 但是失敗了。 恩休通過 理論證明了僅僅靠永久磁鐵是不能讓物體在六個自由度上穩(wěn)定的懸 浮。法國的公司第一次提出

9、了使用傳感器與電磁鐵組成主動懸浮的想 法。但是，因為控制方面的問題沒有得到解決，這一時期的磁懸浮研 究主要偏向于被動懸浮。 世紀年代末， 伴隨控制元器件技術(shù)的不斷進 步，美國、法國等國家都開始了研究磁懸浮軸承。這些為以后的實踐 打下基礎(chǔ)。世紀年代末 ,大規(guī)模的集成電路和新型永磁材料的不斷出 現(xiàn)以及科技發(fā)展的急切需要， 磁懸浮技術(shù)發(fā)展迅速， 并且在很多領(lǐng)域 得到了應(yīng)用。例如在交通運輸行業(yè)中 ,德國航空公司在年制成了型磁 懸浮列車，當(dāng)處于一段專門的軌道上時，列車的時速可以達到。在工 業(yè)領(lǐng)域中各類機床、液氦菜、禍輪發(fā)電機、高速離心機、滿輪分子粟 等都使用了磁軸承技術(shù) .年瑞典軸承公司和法國公司一起投

10、資成立的 公司，在年召幵的歐洲國際機床展覽會上 ,推出磁浮主軸系統(tǒng)，在轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速為下進行了現(xiàn)場演示。 公司在年舉行的第屆歐洲機床展覽會上 展示了一系列磁浮軸承與機床主軸零部件。 國外高性能的機床大多采 用磁懸浮系統(tǒng)， 轉(zhuǎn)速一般可以達到， 幾年前超高速磨床的最髙轉(zhuǎn)速可 以達到，現(xiàn)在已經(jīng)投入了使用。在空間工業(yè)中，真空分子粟和各種飛 輪等也用到了磁懸浮技術(shù)， 例如法國于年將姿態(tài)控制用的磁浮飛輪安 裝在地球觀測衛(wèi)星上等。進入到世紀年代，機械向髙速度、高精度發(fā) 展,與此同時計算機技術(shù)也得到很快的發(fā)展。計算機的性能越來越髙， 為磁力軸承使用計算機數(shù)字控制提供了條件。 年教授提出了數(shù)字控制 的想法 ,其在年

11、發(fā)表的文獻中討論了髙速磁懸浮軸承數(shù)字控制問題。 第五屆磁力軸承學(xué)術(shù)研討會于年在日本召開 ,在研討會上提出將數(shù)字 控制磁力軸承當(dāng)成一個專題來研究丨。 近幾年來， 國外在磁懸浮軸承 數(shù)控方面己經(jīng)日趨成熟。 國外一些公司已經(jīng)有了商品化的磁懸浮軸承 產(chǎn)品，如和曼伯哈公司 。 本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途4、國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 與國外的磁懸浮軸承技術(shù)香波， 我國在相關(guān)方面的研究比較緩慢， 直 到近三十年， 磁懸浮軸承技術(shù)的研究才引起國內(nèi)科研單位的重視。 目 前，在這方面的研究 ,國內(nèi)很多科研單位己經(jīng)取得一定的成果。國內(nèi) 也有較多的單位對磁懸浮軸承系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究， 上海大學(xué) 的張建生針對數(shù)控機床

12、中的磁懸浮軸承支撐技術(shù)進行研究， 重點對功 放模塊進行了分析，并根據(jù)磁懸浮特點，對寬頻帶、高效率、大功率 放大器進行了研究與設(shè)計武漢理工大學(xué)的周偉對磁懸浮功率放大器 進行了相關(guān)的研究大連交通大學(xué)閆耀斌對磁懸浮推力軸承電感式傳 感器研究，并將其應(yīng)用在磁懸浮推力軸承位移檢測系統(tǒng)南京理工大學(xué) 的仇國富、劉文慕 “重點對磁懸浮軸承的位移檢測系統(tǒng)進行了研究設(shè) 計。在磁懸浮軸承數(shù)字控制技術(shù)方面， 武漢理工大學(xué)彭春山研究的基 于的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)及其控制算法的研究并對所設(shè)計的磁懸浮 系統(tǒng)做了實驗；南京航空航天大學(xué)曾學(xué)明研究的基于磁軸承控制系統(tǒng) 的研究等.在簡化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和節(jié)約成本方面，國內(nèi)一些單位對自

13、傳感磁懸浮軸承技術(shù)進行相關(guān)的研究。 自傳感方法可以使磁軸承去位 移傳感器，用磁軸承電磁線圈電壓和電流的歷史數(shù)據(jù)中提取轉(zhuǎn)子或推 力盤的位置信息來代替。 這可以在很大程度上簡化系統(tǒng)的尺寸， 降低 電磁軸承的成本，與標(biāo)準(zhǔn)電磁軸承相比具有非常強的優(yōu)勢 。本文為互聯(lián)網(wǎng) 收集，請勿用作商業(yè)用途5、PID 控制實現(xiàn)方法目前，在工業(yè)應(yīng)用中多采用控制，即比例一積分一微分控制，控 制器的輸出是偏差信號的比例、積分和微分線性組合 .控制是以經(jīng)典 控制理論為基礎(chǔ) ,經(jīng)過長期的工程實踐總結(jié)而形成的一種控制方法 ,控 制的參數(shù)物理意義明確，結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強、便于實現(xiàn).主動磁懸浮軸承控制中 ,控制器的性能會影響到整個系統(tǒng) .控制可以選用模擬控 制或者數(shù)字控制兩