基于直线电机的一维随动加载机构研究

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直线电机原理__最完整版

最完整免费版——包括直线电机原理，基础知识，优缺点，应用场合，国内主要生产厂家，直线电机发展史，现在国内的技术等。

看完这个你就是直线电机专家了直线电机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。

对应旋转电机定子的部分叫初级，对应转子的部分叫次级。

在初级绕组中通多相交流电，便产生一个平移交变磁场称为行波磁场。

在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。

（最全面的）直线电机应用场合激光切割、SMT贴片机、切割机床、物流设备、立体仓库、油田抽油机、PCB钻孔机，太阳能晶片印刷和切割、半导体生产制造设备：包括晶圆制造和晶片封装设备、接线、切割、钻孔、运输系统、机器人技术、平板显示器产业（FPD ）精密测试设备、激光器件耦合对心、硬盘制造、连接器制造、激光成像、印刷制板设备、生命科学、医疗设备、微型注射系统、振动系统、阀门系统、机器视觉检测设备、各种取放装置、电子元件表面贴装SMT、PCB 检测设备如AOI、飞针测试仪、纺织机械设备、晶圆切割机、工业玻璃切割、磁悬浮列车，液态金属的输送和搅拌，电子缝纫机和磁头定位装置，直线电机冲压机、工厂行车、电磁锤、冲压机、摩擦压力机、磁分选机、玻璃搅拌、拉伸机、送料机、粒子加速器、邮政分拣机、矿山运输系统、计算机磁盘定位系统、自动绘图仪、直线电机驱动遥控(电动)窗帘机、直线电机驱动门、炒茶机、包装、汽车业、航空航天国防等自动化工业领域、集成电路制造装备，光刻机，IC制造与先进封装，LE D焊线机，邦定机，高精度薄膜测量设备，硬盘制造工艺，晶片水切割，军工设备，LTCC低温陶瓷工艺，高速取放机，地震模拟系统，生物科技分子检验，激光雕刻设备，高频振动系统、电力车辆系统、包装、印刷、医疗以及机器人等各种行业。

风力发电、太阳能设备、新能源设备，高铁设备，电子设备，数控机床，木工机械，搬运、输送机械，精密测量仪器，产业自动化产业机械，电子半导体设备，机器人，机械手臂、注塑机械、包装机械等，雷射切割应用、电路板产业、微型机床工业领域、进料系统、微型打孔、精确型冲压、纺织机械设备、电梯设备国内现在用量最多的直线电机生产厂家长沙一派数控机床有限公司、深圳大族、青岛同日、台湾上银、郑州微纳科技、嘉兴华领、武汉华工激光长沙一派在直线电机领域已有十多年的研究历史，性价比最高，在国防军工、太阳能、PCB钻孔机、半导体行业、激光切割机、物流运输、机械手等行业得到了广泛的运用，且具有二次开发能力，这是由于它本身同时又是高档数控机床的生产厂家，所以在除电机外的机械设计和结构设计上有得天独厚的优势，这是其他直线电机厂家所没有的。

直线电机进给系统伺服参数与控制参数的设计

直线电机进给系统伺服参数与控制参数的设计高峰;斯迎军【摘要】简单介绍了直线电机的分类和优点,设计了一种直线电机伺服系统的结构,说明了驱动器的使用方法及其基本工作原理.研究了直线电机进给系统的控制响应特性,建立了系统的传递函数模型,分析了伺服参数对于响应特性的影响,采用PID控制器对电机位置输出进行控制以减小电机位置输出误差,运用Matlab/Simulink进行系统建模和仿真分析.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】4页(P34-37)【关键词】直线电机;伺服系统;速度环;位置控制;参数整定【作者】高峰;斯迎军【作者单位】中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原030024;中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TM359.41 直线电机系统分类及其伺服系统的优点早在1845年，Wheatstone提出了直线电机的概念。

20世纪50年代中期，控制、材料技术的飞速发展为直线电机的应用提供了技术基础。

直至20世纪90年代，随着设备向高速化、精密化方向的发展，直线电机被用于设备伺服系统中，并且发展迅速[1]。

直线电机分为直线直流电动机、直线感应电动机、直线同步电动机、直线步进电动机、直线压电电动机、直线磁阻电动机。

目前使用比较广泛的是直线感应电动机和直线同步电动机。

直线同步电动机虽然比直线感应电动机工艺复杂、成本较高，但是效率较高、次级不用冷却、控制方便，更容易达到要求的性能。

因此随着钕铁硼永磁材料的出现和发展，永磁同步电机已成为主流。

在数控设备等需要高精度定位的场合，基本上采用的都是永磁交流直线同步电动机。

直线电机伺服系统的优点主要是结构简单、定位精度高、反应速度快、灵敏度高、随动性好。

2 直线电机伺服系统模型直线电机进给驱动系统结构如图1所示，主要由导轨、滑块、定子、动子、霍尔元件和光栅组成。

相对于传动的滚珠丝杠进给系统，它取消了中间的传动装置从而大大提高了电机的响应特性。

直线电机的结构及工作原理

直线电机的结构及工作原理IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】直线电机的结构及工作原理直线电机的结构直线电机的工作原理直线电机的特点直线电机的应用是一种将电能直接转换成直线运作机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。

它可看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。

对应旋转电机定子的部分叫初级，对应转子的部分叫次级。

在初级绕组中通多相交流电，便产生一个平移交变磁场称为行波磁场。

在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而以便于运作部件的直线运作。

直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：一是结构简单，由于直线不需要把旋转运作变成直线运作的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降；二是定位准确度高，在需要直线运作的地方，直线电机可以便于直接传动，因而可消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位准确度高，如采用微机控制，则还可大大地提高整个系统的定位准确度；三是反应速度快、灵敏度高，随动性好。

直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触，这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性；四是工作安全可靠、寿命长。

直线电机可以便于无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。

五是高速度。

直线电机通过直接驱动负载的方式，可以便于从高速到低速等不同范围的高准确度位置定位控制。

直线电机的动子（初级）和定子（次级）之间无直接接触，定子及动子均为刚性部件，从而保证直线电机运作的静音性以及整体机构核心运作部件的高刚性。

直线电机的行程可通过拼接定子来以便于行程的无限制，同时也可通过在同一个定子上配置多个动子来以便于同一个轴向的多个独立运作控制。

直线电机驱动的机构可通过增强机构以及反馈元件的刚性以及准确度，辅之以恒温控制等措施来以便于超精密运作控制。

直线电机小论文.doc

直线电机的发展及其应用场合一直线电机的发展历史1840年Wheatstone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。

从那时至今，在160多年的历史中，直线电机经历了三个时期。

(一) 探索实验时期（1840～1955）从1840年到1955年的116年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。

自从Wheatstone提出和试制了直线电机以后，最早明确地提到直线电机文章的是1890年美国匹兹堡市的市长，在他所写的一篇文章中，首先明确地提到了直线电机以及它的专利。

然而，由于当时的制造技术、工程材料以及控制技术的水平，在经过断断续续20多年的顽强努力后，最终却未能获得成功。

至1905年，曾有两人分别建议将直线电动机作为火车的推进机构，一种建议是将初级放在轨道上，另一种建议是将初级放在车辆底部。

这些建议无疑是给当时直线电机研究领域的科研人员的一剂兴奋剂，以致许多国家的科研人员都投入了这些研究工作。

1917年出现了第一台圆筒形直线电动机，事实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电动机，人们试图把它作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段。

从1930~1940年期间，直线电机进入了实验研究阶段，在这个阶段中，科研人员获驭了大量的实验数据，从而对已有理论有了更深一层的认识，奠定了直线电机在今后的应用基础。

从1940～1955年期间世界一些发达国家科研人员，在实验的基础上，又进行了一些实验应用工作。

1945年，美国西屋电气公司首先研制成功的电力牵引飞机弹射器，它以7400kW的直线电动机为动力，成功地用4.1s的时间将一架重4535kg，的喷气式飞机在165m的行程内由静止加速的188km/h的速度，它的试验成功，使直线电动机可靠性好等优点受到了应有的重视，随后，美国利用直线电机制成的、用作抽汲钾、钠等液态金属的电磁泵，为的是核动力中的需要。

1954年，英国皇家飞机制造公司利用双边扁平型直流直线电机制成了发射导弹的装置，其速度可达1600km/h。

直线电机伺服控制系统研究

直线电机伺服控制系统研究张乾;谭立杰;宋婉贞;陈国兴【摘要】通过直线电机的伺服控制分析,研究了伺服控制策略;以激光划切工作台为应用平台,针对x向电机位置环进行深入分析来解决实际问题,并根据激光划切机性能指标要求设计xy精密工作台运动控制系统,实现工作台的精密控制.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2018(047)002【总页数】4页(P67-70)【关键词】直线电机;伺服控制;激光划切【作者】张乾;谭立杰;宋婉贞;陈国兴【作者单位】中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 100176【正文语种】中文【中图分类】TM359.4伺服控制系统又称随动系统，用来控制被控对象的转角或者位移，被控对象能够自动、连续、精确地复现输入指令的变化规律。

伺服控制系统的性能好坏可以从控制精度、抗干扰能力、动态响应速度等方面来评估。

一个良好的伺服控制系统须具备宽范围的调节能力、较高的控制精度、较快的动态响应速度和较强的抗干扰能力。

伺服控制系统通常是包括电流环、速度环和位置环的三环结构，其中闭环控制就是在开环控制的交直流电机的基础上将速度信号和位置信号通过位置检测装置给驱动器做闭环负反馈的PID调节控制。

精密运动平台中使用的伺服控制器，它的功能水平主要体现在硬件方案、核心控制算法以及应用软件，硬件平台水平国内和国际相差不大，而软件的控制算法，控制策略以及控制算法的有效性、快速性以及易用性是国内外软件平台的重大区别。

特别是随着计算机的出现，全数字伺服控制系统的核心算法研究是我国自动化控制发展的难题，成为了需要迫切解决的问题。

目前我国伺服运动控制平台主要的控制器和驱动器都来自国外，比较知名的厂家主要有日本的三菱电机、松下、富士、安川，美国的PMAC、Parker、GALIL，以色列的 ACS运动控制器，德国西门子、倍福。

直线电机发展概述及应用

直线电机发展概述及应用直线电机具有环境污染少、消耗能源少及噪声污染少等优点，普遍应用在多种领域。

本文分析了直线电机的理论研究，简单地叙述了直线电机在一些领域的应用，如交通、办公设备及军事装备等。

结合直线电机应用研究新发展动向得出，通过计算机使直线电机具有高度的控制精度，在新原理的基础上研发新型直线电机的新技术，直线电机未来的应用和发展的前景是广阔的。

标签：直线电机；发展；应用直线电机经历了相当长一段时间的发展。

从十九世纪末期至二十世纪初期，有人开始对直线电机进行研究，但最终以失败告终。

直到二十世纪五十年代中期这种情况才有所改变，因为这期间材料技术和控制技术得到了发展，新控制元器件大量涌现，极大促进了直线电机的理论与应用。

特别是这些年来，精密、高速机床进给系统的需要，有效体现了直线电机的显著性能，直线电机的研究成为了研究领域的热点。

明确直线电机发展现状及未来发展趋势，有助于研究新型直线电机。

1 直线电机的理论研究因为直线电机具有特殊的结构，旋转电机的理论并不直接适用直线电机，这样对直线电机的分析就更加困难。

所以，开展多次研究，提出了直接解法及有限元法等分析方法。

为了解决边界效应问题，提出了直接解法，基于三维Maxwell 方程，再做简化，经过推导得出一维方程的解闭。

应用有限元法直接根据直线电机内的磁场分布，得出电气参数，改变了以往使用的场简化为路的方法，促使了计算方法的进步。

2 直线电机的应用研究直线电机因为自身具有独特的优越性，在机械加工、精密控制及交通运输等领域得到了广泛应用[1]。

直线电机是一种电子机械装置，借助电能，做直线运动，能够驱动机械负载，进行直线运动；直线电机具有简单的结构、较低的能源消耗及较高的工作效率。

在直线电机研究中，直线电机应用研究是重要内容之一。

因为直线电机可作往复或者连续单向的直线机械运动，不再需要中间机械传动变换装置，普遍应用于国民经济的相关部门。

直线电机多运用于机床、工业机器人和多种直线运动的机械装置中。

直线电机热误差动态建模与仿真分析

直线电机热误差动态建模与仿真分析樊振华;林献坤【摘要】为提高单轴直线电机的运动精度,对该类直线电机热变形建模与仿真进行了研究.分析了影响单轴直线电机热变形的因素,在直线电机托板上建立了一维动态热传导数学模型,并借助ANSYS对该类直线电机机构的热传递进行了仿真分析,并建立了一维热变形数学模型,依据仿真数据计算出热变形随时间变化数据.不仅提供了单轴直线电机热变形的建模方法,且表明了直线电机热传递的特征,有利于直线电机热变形补偿的进一步研究.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)008【总页数】4页(P64-67)【关键词】直线电机;热变形;数学模型;ANSYS仿真分析【作者】樊振华;林献坤【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TM359.4直线电机驱动的进给轴是一种具有加速度大、进给速度快和定位精度高等优点的进给装置[1]。

高速切削加工技术是先进制造技术的重要组成部分，直线电机驱动的进给轴是实现高速加工的重要条件[2]。

对于此类高精度进给机构，电机发热产生的热变形误差一直是精密加工行业面临的主要难题之一[3]。

热因素在一定程度上制约了直线电机在精密机床中的应用[4]。

近年来国内外学者开展了大量的研究并取得了众多成果。

林献坤等[5]采用潜变量建模技术(Partial Least Squares, PLS)对直线电机的热变形误差在线补偿方法进行了研究。

Eun In-Ung[6]通过添加隔温层的方法研究了直线电动机发热对进给轴机构热行为的作用效果。

但这些都是传统的研究方法。

在对机构热变形建模研究过程中，传统的研究方法主要依靠在机构关键点安装多个温度传感器，从而建立多个温度对应热变形的数学模型[7]。

Hong Yang, JunNI[8]提出了机床主轴的热滞后效应，并建立了主轴热传递的动态数学模型，最后应用有限元仿真分析验证模型的正确性。

基于改进rbf-pid的舵机力加载控制系统研究

yd
error
u
PID
㤞Ⱀ ⮈〛
y
5%)
ym
㪒㈎㶙㕈
图3 系统结构框图
在传统PID控制器内加入RBF神经网络，利用RBF 神经网络的自学习的特点来整定参数。其系统结构框图如图3所示。
控制误差为：
(6)
PID的参数输入：
xc(1) = e(t) − e(t −1)
(7)
xc(2) = e(t)
(8)
2 改进RBF-PID算法的优化原理
2.1 RBF神经网络算法在控制的实际过程中，一般采用PID控制器来校正
系统误差。PID控制器是一种线性控制器，通过对偏差的比例、积分和微分进行线性组合构成控制量从而控制被控对象[3]。径向基函数（radial basis function）神经网络是一种性能优良的前馈型神经网络，可映射任意复杂的非线性关系[4～6]。
1～15HZ条件下，改进RBF-PID控制算法能够在350ms内高精度逼近目标，消除过剩多余力，
跟随性能和抗干扰能力好。最终经过实物验证，此方法可高精度的完成各种类型及任意规格
直线舵机的模拟力加载实验。
关键词：虚拟轴；codesys；RBF-PID控制；力加载
中图分类号：TP273
文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2020)01-0015-05
∂y ∂∆u
∂∆u ∂K I
=
ηi
(t
)
∂y ∂∆u
xc(2)
（湖北工业大学机械工程学院，武汉 430068）
摘要：由于虚拟轴直线电机与直线电机力加载器具有等价效果，将虚拟轴随动控制策略引入舵机力加
载PID控制系统中。由于舵机力加载运动中产生的多余力是传统PID无法消除的，因此提出改

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ａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｅ－－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｏｌｌｏｗ・・ｕｐｌｏａｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｗｈｉｃｈｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏ１．ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｅｒｏｆｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｍｅｃｈｎｉａｓｍＷａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｗａｓｃｏｎｓｔｕｃｒｔｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔａｌｐｌａｆｔｏｍｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｐｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｏｒｃｅ－ｓｐｅｅｄｄｕｌ－ａｌｏｏｐｃｏｎｔｏｌｒｓｃｈｅｍｅｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｉｎｈｅｔｌｏａｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇａｎｄｏｒｆｃｅｌｏａｄｉｎｇｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｓｐｅｅｄｆｏｌｌｏｗｉｎｇｅｎ＇ｏｒｓｏｎｌｉｎｅ．Ａｔｌａｓｔ，ｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔＷｓａｐｅｒｆｏｍｅｒｄａｎｄｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｈｅｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｃｈｅｍｅｗａｓｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ．
２０１３年２月
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯ０Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｆｅｂ．２０１３Ｖｏ１．４１Ｎｏ．３
第４１卷第３期
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ３８８１．２０１３．０３．００１
试验 ”来考查其可靠性，即机床在出厂前进行数以月计的连续切削试验，采用这种方法时时间和材料消耗大，试验成本高。根据机械制造业绿色制造的发
基于直线电机的一维随动加载机构研究
王丹，郭江真，樊锐，岳小虎
（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１）
摘要：提出一种基于直线电机的一维随动加载机构，用于机床加载试验。确定加载机构方案并进行系统建模，进行平台搭建和原理试验。加载机构采用力、速度双环控制方案，通过消除力和速度的跟随误差，达到位置跟随和力随动加载的目的。使用原理试验平台进行加载试验，试验结果表明：该控制方法及机构方案可行。关键词：直线电机；一维随动加载机构；原理试验
中图分类号：ＴＰ２７１＋．４文献标识码：Ａ文章编号：１００１— ３８８１【２０１３）３— ００１ — ３
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎａＬｉｎｅａｒＭｏｔｏｒＢａｓｅｄＯｎｅ・ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＦｏｌｌｏｗ・ｕｐＬｏａｄｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍ
ＷＡＮＧＤａｎ，ＧＵＯＪｉａｎｇｚｈｅｎ，ＦＡＮＲｕｉ，ＹＵＥＸｉａｏｈｕ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉｎｅｒａｍｏｔｏｒ；Ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｏｌｌｏｗ— ｕｐｌｏａｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ；Ｐｉｎｒｃｉｐｌｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔ
可靠性是机床性能的重要指标，可靠性试验是验
证机床可靠性的主要手段。由于缺乏配套的加载装
性，根据这一特点，与舵机负载模拟器常用的旋转力矩电机不同，机床单轴随动加载需要选用具有良好直线加速性能的直线电机作为力控制电机。力控制电机
Hale Waihona Puke 置，当前机床制造厂在产品出厂时对样机采用 “ 经时