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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