平面开关磁阻电机振动与噪声特性研究

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1、分类号TM352学校代码10590UDC621密级公开i$刎AfSHENZHENUNIVERSITY硕士学位论文平面开关磁阻电机振动与噪声特性研究申请人姓名刘崇铭申请人学号2120170504专业名称控制科学与工程导师姓名及职称杨蓉副教授、曹广忠教授原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。学位论文使用授权说明本学位论文作者完全了解

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3、科学与工程学院（系、所）机电与控制工程学院指导教师姓名杨蓉副教授、曹广忠教授平面开关磁阻电机振动与噪声特性研究摘要平面开关磁阻电机是一种直驱式的新型特种电机，具有结构简单、制造方便、成本低、可靠性高及机械损耗小等优点，在加工制造领域极具发展前景。但是，较大的振动和噪声制约了平面开关磁阻电机的广泛应用。为了降低平面开关磁阻电机的振动和噪声，提高其定位精度，本文研究了平面开关磁阻电机的振动和噪声特性。本文给出了平面开关磁阻电机的机械结构，阐述了平面开关磁阻电机的运动机理，推导了平面开关磁阻电机的电压平衡方程、运动学方程和电磁力方程，得到了平面开关磁阻电机的

4、瞬态功率、加速度和电磁力的表达式。介绍了平面开关磁阻电机控制系统的结构，基于自主设计的一台平面开关磁阻电机样机，采用dSPACE半实物实时控制平台，搭建了平面开关磁阻电机控制系统实验平台。研究了平面开关磁阻电机的振动特性，包括法向力特性和模态特性。设计了平面开关磁阻电机的法向力测试方案，采用应变片电测技术测量了其法向力特性。阐述了模态分析原理，利用ANSYS软件建立了平面开关磁阻电机的简化有限元模型，基于该有限元模型进行了模态分析，获得了平面开关磁阻电机前二十阶固有频率及其振型，搭建了平面开关磁阻电机模态试验平台，进行了模态试验。基于法向力特性和模态特性

5、研究成果，分析了平面开关磁阻电机法向力脉动对振动的影响。基于声能密度方程推导了平面开关磁阻电机噪声辐射声强的方程，根据该方程探讨了平面开关磁阻电机机械结构尺寸对噪声辐射的影响。阐述了平面开关磁阻电机噪声测试原理，搭建了平面开关磁阻电机噪声测试平台，测量了环境噪声，分别设计了平面开关磁阻电机开环和闭环运动的MATLAB/Simulink仿真模型，在此基础上分别研究了恒电流下和位置控制算法下的噪声特性。平面开关磁阻电机的振动特性研究表明：1）平面开关磁阻电机有限元模态分析结果与模态试验结果吻合，验证了提出的有限元简化模型的有效性；2）法向力脉动峰值频率和电机

6、固有频率相近时，平面开关磁阻电机在该频率处具有较大的振动幅值，验证了法向力脉动是平面开关磁阻电机振动的主要根源。平面开关磁阻电机的噪声特性研究表明：1）同等噪声源功率下，较大基座尺寸的平面开关磁阻电机辐射噪声的声强较大；2）本文受国家自然科学基金项目“开关磁阻平面直驱系统的微纳精度生成机理与控制研究”资助，项目编号：51275312。I平面开关磁阻电机振动与噪声特性研究平面开关磁阻电机噪声声功率级随着电流增大而增大，且开环运动下平面开关磁阻电机噪声声功率级频谱在某些阶次的固有频率处具有峰值；3）闭环运动下，平面开关磁阻电机由于位置控制算法的调节，使其法

7、向力脉动峰值频率避开了电机固有频率，从而比开环运动下具有更小的噪声。本文平面开关磁阻电机振动与噪声特性的研究为同类电机的结构优化设计和减振降噪提供了理论参考。关键词：平面开关磁阻电机；振动与噪声；模态分析；力脉动IIResearchonVibrationandNoiseCharacteristicsforthePlanarSwitchedReluctanceMotorsAbstractPlanarswitchedreluctancemotors(PSRMs)areakindofnovelspecialmotortoachievedirectdriver,

8、whichhavetheadvantagesofsimplestructure,