面向精密主动减振的洛仑兹电机及其驱动器研究

论文摘要

洛仑兹电机是一种以洛仑兹力直接驱动的永磁直流作动器，具有结构简单、动态响应快、线性性好等特点，被广泛地用作精密直线运动的驱动装置，如光刻机微运动工作台的驱动电机、精密主动减振器的作动器等。洛仑兹电机通过驱动电流控制电机阻尼力的大小和方向。论文针对一种用于IC制造装备的超精密主动减振器，设计了用于主动减振器的洛仑兹电机及其驱动器。首先，本文简要阐述了洛仑兹电机的工作原理和特点，计算出了电机的推力常数、电感和电阻等参数。在参数计算的基础上，自行设计了一套推力常数为68N/A的洛仑兹电机其次，详细介绍了洛仑兹电机驱动器的硬件设计，包括电流调节器电路、桥式功率转换电路、电流反馈电路、保护电路和补偿电路的设计，绘制了驱动器的印制电路板，建立了驱动器的数学模型。研制出了驱动带宽至少为3kHz，电流控制精度达0.1mA，电流纹波小于1mA的高性能洛仑兹电机驱动器。最后，设计出了洛仑兹电机测试平台，分别对电机的动态性能和静态性能进行了测试。从振动传递率测试结果中得到，与被动减振相比，加入洛仑兹电机主动控制后的减振系统的共振点处的传递率从15dB衰减到了-7dB。该洛仑兹电机及其驱动器已经成功地应用到了超精密主动减振器中，并取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题目的及意义
• 1.3 洛仑兹电机国内外研究现状
• 1.4 电机驱动系统国内外研究现状
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 2 洛仑兹电机的设计
• 2.1 洛仑兹电机的工作原理
• 2.2 洛仑兹电机在主动减振系统中的应用要求
• 2.3 洛仑兹电机的关键参数设计及数学模型的建立
• 2.4 洛仑兹电机的结构设计
• 2.5 洛仑兹电机的检验要求
• 2.6 本章小结
• 3 洛仑兹电机驱动器的设计
• 3.1 驱动器的性能指标
• 3.2 驱动器的控制系统方案设计
• 3.3 驱动器的硬件设计
• 3.4 驱动器的印制电路板制作
• 3.5 STM32微控制器的软件设计
• 3.6 本章小结
• 4 洛仑兹电机驱动器数学模型与参数辨识
• 4.1 驱动器的系统组成
• 4.2 电流调节器数学模型与参数辨识
• 4.3 微控制器数学模型与参数辨识
• 4.4 LC滤波器的数学模型与参数辨识
• 4.5 驱动器的数学模型分析
• 4.6 本章小结
• 5 洛仑兹电机及其驱动器的实验研究
• 5.1 洛仑兹电机测试实验平台的搭建
• 5.2 洛仑兹电机静态性能测试
• 5.3 洛仑兹电机及其驱动器动态性能测试
• 5.5 洛仑兹电机及其驱动器的主动减振效果测试
• 5.6 本章小结
• 6 全文总结与研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利目录