《多自由度球型驅動器新型磁場作用機理研究與套用》是依託北京航空航天大學，由嚴亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多自由度球型驅動器新型磁場作用機理研究與套用
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：嚴亮
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深入分析和研究多自由度球型驅動器的基本工作原理，提出一種基於非梯度磁場作用機理的新型設計思路，有效地提高轉子磁場利用率，消除力矩內耗和增強系統工作效率。在此基礎上，從空間磁場及機構解耦的本質出發，提出分組式永磁磁極陣列和空間繞組方案，實現球型驅動器傾斜與自旋力矩的分離，為高精度運動控制創造有利條件。深入探索轉子磁極陣列及其空間複雜磁場的建模、設計和最佳化方法，實現三維磁場和定子空間繞組的最佳匹配；研究球型驅動器力矩向量在轉子姿態變化情況下的高精度解析建模方法；探討充分利用轉子磁場產生穩定徑向輸出力，為降低軸承摩擦損耗提供有效途徑；深入研究系統動力學模型、不確定性參數識別方法及具有強抗干擾特性的控制策略等，增強系統動態特性。項目的主要目標是通過對球型驅動器力矩輸出及其解耦研究中難點問題的攻關，深入探索新的理論工具和研究方法，為其實用化創造有利條件，並推動多自由度智慧型驅動器及相關學科技術的發展。
結題摘要
本項目研究目的是：提出一種基於非磁場梯度的新型多自由度球型驅動作用機理，有效地提高轉子磁場利用率，消除力矩內耗和增強系統工作效率。圍繞這一研究目的，項目主要完成了以下研究內容：1.系統地分析了基於非梯度磁場的球型驅動器的各種磁極陣列，完成了磁極陣列構型設計及磁路最佳化研究；2.針對空間多區域三維複雜磁場分布特性，提出基於磁矢量的諧波函式建模方法，解決了驅動器高精度磁場建模問題；3.建立了驅動器力矩與磁懸浮力模型，完成了輸出特性分析；4.為增強驅動器抗干擾能力，設計了基於單神經元自適應的控制器，可實現系統參數自我調節，增強魯棒性，提高系統控制精度；5.完成樣機及電流控制器等的最佳化設計、加工及裝配；6.完成空間磁向量場、可變姿態輸出力矩等多個實驗台的設計、加工與搭建，以及相關實驗研究。項目取得的主要創新點有：基本原理創新：提出一種基於非梯度磁場的新型球型驅動器作用機理，為消除系統力矩內耗，增強驅動器輸出力矩以及工作效率找到了一個新的突破口。解耦方法創新：提出分組式轉子永磁磁極陣列以及定子空間繞組設計思路，從根本上解決了困擾球型驅動器研究的力矩耦合關鍵性瓶頸。控制方法創新：提出基於粒子群最佳化神經網路的不確定性系統參數識別技術，可有效地修正系統參數誤差，並在帶載情況下提高轉子運動精度。綜上，項目按計畫完成了相關研究內容，達到了預期研究目標。基於上述研究，項目取得成果總體情況包括：①.項目負責人入選“長江學者”特聘教授。②.獲2017年中國航空學會科技一等獎(自然類，排名1)。③.在IEEE/ASME Trans. on Mechatronics、IEEE Trans. on Industrial Electronics等領域內頂級期刊和國際會議發表論文39篇，其中SCI 17篇；出版Spring Verlag英文學術專著1部；獲2019 IEEE FPM國際會議最優張貼論文獎。發表的成果受到英國皇家工程院電機學科主席C. Gerada等國際同行的積極評價。④.授權國家發明專利6項。⑤.舉辦IEEE 國際會議4次，擔任英國諾丁漢大學客座榮譽教授。⑥.成果服務於我國重大型號某大型飛機的研製。
