【2017年整理】汽车电子实验报告

1、汽 车 电 子 报 告姓名 付豪 学号 2013212359 班级 0841301 学院 先进制造工程学院 名称 汽车驱动 1、直线发电机与振动能量收集目的：提供能量1、摘要直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的.而且，磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度）和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置-直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。直线电机的控制和旋转电机一样。象无刷旋转电机，动子和定子无机械连接（无刷），不像旋转电机的方面，动子旋转和定子位置保持固定，直线电机系统可以是磁轨动或推力线圈动（大部分定位系统应用是磁轨固定，推力线圈动）。用推力线圈运动的电机，推力线圈的重量和负载比很小。然而，需要高柔性线缆及其管理系统。用磁轨运动的电机，不仅要承

2、受负载，还要承受磁轨质量，但无需线缆管理系统。相似的机电原理用在直线和旋转电机上。相同的电磁力在旋转电机上产生力矩在直线电机产生直线推力作用。因此，直线电机使用和旋转电机相同的控制和可编程配置。直线电机的形状可以是平板式和 U 型槽式，和管式.哪种构造最适合要看实际应用的规格要求和工作环境。图 1 磁悬浮轴承 2D 模型2、原理直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。直线电机的驱动控制技术一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必

3、须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方法越来越多。对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面：一是传统控制技术，二是现代控制技术，三是智能控制技术。传统的控制技术如 PID 反馈控制、解耦控制等在交流伺服系统中得到了广泛的应用。其中 PID 控制蕴涵动态控制过程中的信息，具有较强的鲁棒性，是交流伺服电机驱动系统中最基本的控制方式。为了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技术。在对象模型确定、不变化且是线性的以及操作条件、运行环境是确定不变的条件下，采用传统控制技术是简单有效的。但是在高精度微进给的高性能场合，就必须考虑对象结构与参数的变化。各种非线性的影响，运行环境的改变及环境干扰等时变和不确定因数，才能得到满意的控制效果。因此，现代控制技术在直线伺服电机控制的研究中引起了很大的重视。常用控制方法有：自适应控制、滑模变结构控制、鲁棒控制及智能控制。主要是将模糊逻辑、神经网络与 PID 控制等现有的成熟的控制方法相结合，取长补短，以获得更好的控制性能。3、汽车减震器与直线发电机能量收集将直线发电机进行改装后与

4、减震器弹簧相配合。图 2 汽车减震器模型2、磁悬浮轴承目的：通过减小摩擦减少能量消耗1、摘要磁悬浮轴承是利用电磁力的作用使转子悬浮在空中，从而实现非接触支承的一种新型轴承。电磁轴承的基本功能是通过对轴承转子进行无接触、无润滑、无磨损的悬浮支承。未来高速旋转机构支承轴承主要研究方向是磁悬浮轴承。磁悬浮轴承由电控系统和机械系统两大部分组成。电控系统是磁悬浮轴承系统的关键部分，它主要由传感器、控制器及功率放大器组成。本文主要以电控系统为研究对象，对电控系统的各部分进行了深入的研究。图 3 磁悬浮轴承 3D 模型2、磁悬浮轴承特点机械方面的优点磁悬浮轴承实现了无机械接触和电子控制，与普通的轴承相比电磁力轴承具有以下优点：、无机械接触方面的优点因为电磁力轴承具有无接触、无磨损和无润滑等优点，它可以被用于净室无菌车间、真空技术和非常纯净介质的传输。由于完全消除磨损，所以磁力轴承寿命实际上是控制系统元件的寿命，比机械接触轴承使用周期要长很多，同时可以减少维护工作量和降低润滑系统的使用费。磁力轴承可以在恶劣的工作环境下工作。转子的速度可以达到很高，适用于高速运行的场合。控制方面的优点可以对转子的位置进

5、行控制。磁力轴承和其他轴承不相同，如果转子不在轴承的中心位置处，可以通过调节使转子达到指定位置，转子可以在径向和轴向自由的移动。轴承阻力与刚度是由控制系统决定的，在一定范围内不但可以自由设计，在运行过程中也可以调控，因此动态特性比较好。为了能够对磁力轴承进行控制，因此需要对转子的状态量进行测量。所测得的信号可以用来评估不平衡大小及运行状态监测，便于提高系统的稳定性。3、国外发展状况利用磁力让物体能够处于无接触的悬浮状态是人类的一个梦想，人们曾采用永久磁铁来实现物体无接触悬浮，但是失败了。恩休通过理论证明了仅仅靠永久磁铁是不能让物体在六个自由度上稳定的悬浮。法国的公司第一次提出了使用传感器与电磁铁组成主动悬浮的想法。但是，因为控制方面的问题没有得到解决，这一时期的磁悬浮研究主要偏向于被动悬浮。世纪年代末，伴随控制元器件技术的不断进步，美国、法国等国家都开始了研究磁悬浮轴承。这些为以后的实践打下基础。世纪年代末，大规模的集成电路和新型永磁材料的不断出现以及科技发展的急切需要，磁悬浮技术发展迅速，并且在很多领域得到了应用。例如在交通运输行业中，德国航空公司在年制成了型磁悬浮列车，当处于一段专

6、门的轨道上时，列车的时速可以达到。在工业领域中各类机床、液氦菜、祸轮发电机、高速离心机、满轮分子粟等都使用了磁轴承技术。年瑞典轴承公司和法国公司一起投资成立的公司，在年召幵的欧洲国际机床展览会上，推出磁浮主轴系统，在转子转速为下进行了现场演示。公司在年举行的第届欧洲机床展览会上展示了一系列磁浮轴承与机床主轴零部件。国外高性能的机床大多采用磁悬浮系统，转速一般可以达到，几年前超高速磨床的最髙转速可以达到，现在已经投入了使用。在空间工业中，真空分子粟和各种飞轮等也用到了磁悬浮技术，例如法国于年将姿态控制用的磁浮飞轮安装在地球观测卫星上等。进入到世纪年代，机械向髙速度、高精度发展，与此同时计算机技术也得到很快的发展。计算机的性能越来越髙，为磁力轴承使用计算机数字控制提供了条件。年教授提出了数字控制的想法，其在年发表的文献中讨论了髙速磁悬浮轴承数字控制问题。第五届磁力轴承学术研讨会于年在日本召开，在研讨会上提出将数字控制磁力轴承当成一个专题来研究丨。近几年来，国外在磁悬浮轴承数控方面己经日趋成熟。国外一些公司已经有了商品化的磁悬浮轴承产品，如和曼伯哈公司。4、国内发展状况与国外的磁悬浮轴承技术

7、香波，我国在相关方面的研究比较缓慢，直到近三十年，磁悬浮轴承技术的研究才引起国内科研单位的重视。目前，在这方面的研究，国内很多科研单位己经取得一定的成果。国内也有较多的单位对磁悬浮轴承系统的关键技术进行了研究，上海大学的张建生针对数控机床中的磁悬浮轴承支撑技术进行研究，重点对功放模块进行了分析，并根据磁悬浮特点，对宽频带、高效率、大功率放大器进行了研究与设计武汉理工大学的周伟对磁悬浮功率放大器进行了相关的研究大连交通大学闫耀斌对磁悬浮推力轴承电感式传感器研究，并将其应用在磁悬浮推力轴承位移检测系统南京理工大学的仇国富、刘文慕“重点对磁悬浮轴承的位移检测系统进行了研究设计。在磁悬浮轴承数字控制技术方面，武汉理工大学彭春山研究的基于的磁悬浮轴承控制系统及其控制算法的研究并对所设计的磁悬浮系统做了实验；南京航空航天大学曾学明研究的基于磁轴承控制系统的研究等。在简化系统硬件结构和节约成本方面，国内一些单位对自传感磁悬浮轴承技术进行相关的研究。自传感方法可以使磁轴承去位移传感器，用磁轴承电磁线圈电压和电流的历史数据中提取转子或推力盘的位置信息来代替。这可以在很大程度上简化系统的尺寸，降低电磁轴承的成本，与标准电磁轴承相比具有非常强的优势。5、PID 控制实现方法目前，在工业应用中多采用控制，即比例一积分一微分控制，控制器的输出是偏差信号的比例、积分和微分线性组合。控制是以经典控制理论为基础，经过长期的工程实践总结而形成的一种控制方法，控制的参数物理意义明确，结构简单、鲁棒性强、便于实现。主动磁悬浮轴承控制中，控制器的性能会影响到整个系统。控制可以选用模拟控制或者数字控制两种方法，模拟控制由模拟电路来完成运算，故模拟控制运算速度很快，电路简单易实现且成本比较低。数字控制具有使用灵活、可实现复杂控制规律等优点，但开发成本较高。当然，数字控制器在很多方面都要优于模拟控制，但考虑到本系统所采用的是传统的控制算法，因此，选用模拟控制器。控制器是线性的，控制器根据基准值和实际输出值形成控制偏差，把输入偏差值的比例、积分和微分进行数学运算，从而控制被控对象。

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