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第1章 绪论 1

1.1 磁悬浮平面电机应用背景及研究意义 1

1.1.1 IC制造装备技术发展及其对平面工作台运动驱动系统的要求 1

1.1.2 其他技术领域对平面电机运动系统的要求 4

1.1.3 磁悬浮平面电机驱动及控制技术的研究意义 5

1.2 磁悬浮平面电机典型结构及基本工作原理 6

1.3 磁悬浮平面电机六自由度运动特性及基本驱动方法 11

1.3.1 六自由度运动特性 11

1.3.2 六自由度运动基本驱动方法 11

1.4 磁悬浮平面电机多自由度运动控制方法 14

1.5 国内磁悬浮平面电机研究状况 20

1.6 磁悬浮平面电机研究现状及研究方法小结 22

1.7 本书研究的问题和研究内容 23

1.7.1 研究问题的提出 23

1.7.2 研究内容 25

第2章 电磁力／矩建模 27

2.1 引言 27

2.2 永磁阵列磁场解析模型建立及验证 28

2.2.1 永磁阵列磁场建模 28

2.2.2 永磁阵列磁场解析模型实测验证 31

2.3 基于DQ变换的电磁力／矩建模及电流求取 37

2.3.1 单个力单元电磁力／矩建模及线圈电流求取方法 37

2.3.2 四个力单元电磁力／矩建模及线圈电流求取方法 39

2.3.3 基于DQ变换的电磁力／矩模型及线圈电流求取法则讨论 44

2.4 基于洛伦兹力积分法则的电磁力／矩建模及模型验证 45

2.4.1 电磁力／矩建模 45

2.4.2 电磁力／矩模型实验验证 50

2.4.3 电磁力／矩模型与实测力／矩误差来源分析 56

2.5 小结 60

第3章 电气驱动——线圈阵列换流方法 62

3.1 引言 62

3.2 基于电流最小2-范数的线圈阵列换流方法 63

3.2.1 基于电流最小2-范数的线圈阵列换流方法 63

3.2.2 换流仿真及结果分析 64

3.3 基于电流∞-范数有界的线圈阵列电流优化换流方法 67

3.3.1 基于电流∞-范数有界的线圈阵列电流优化换流方法的原理 67

3.3.2 基于电流∞-范数有界的线圈阵列电流优化换流方法的解析算法 68

3.3.3 基于电流∞-范数有界的线圈阵列优化换流方法的数值稳定性 70

3.3.4 基于电流∞-范数有界的线圈阵列优化换流方法的仿真分析 72

3.3.5 基于电流∞-范数有界的线圈阵列优化换流方法的实验验证 76

3.4 线圈阵列热损耗均匀化 81

3.4.1 线圈阵列热损耗均匀度、电流均匀度及均匀化方法 81

3.4.2 线圈阵列热损耗均匀化仿真分析 83

3.5 平面电机推动力的提高 92

3.5.1 最大力／矩（加速度）约束问题 92

3.5.2 提高平面电机推动力的方法 94

3.5.3 平面电机推动力提高的仿真分析 96

3.6 动磁式磁悬浮平面电机的电气驱动 109

3.7 小结 114

第4章 六自由度运动动力学建模及控制 116

4.1 引言 116

4.2 六自由度运动控制系统构建 117

4.3 六自由度运动控制对象动力学建模 119

4.3.1 六自由度控制对象刚体动力学建模 119

4.3.2 悬浮自由度重力补偿动力学建模 120

4.4 六自由度运动控制器设计 122

4.4.1 最小时间加权误差绝对值积分准则 123

4.4.2 控制器设计 124

4.5 控制系统综合仿真 127

4.5.1 控制系统综合仿真模型建立 127

4.5.2 六自由度运动电磁力／矩-线圈电流解耦仿真 128

4.5.3 各自由度控制性能仿真 131

4.5.4 控制系统各自由度轨迹跟踪性能仿真 137

4.6 小结 142

第5章 六自由度受控条件下悬浮运动控制 143

5.1 引言 143

5.2 实验系统机械结构及传感器配置 144

5.3 解耦及悬浮控制实验 146

5.3.1 开环悬浮控制 146

5.3.2 三自由度控制条件下悬浮定位 147

5.3.3 六自由度控制条件下悬浮定位及轨迹跟踪 151

5.4 小结 155

第6章 总结与展望 156

6.1 研究内容总结 156

6.2 后续研究展望 157

参考文献 159