【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及法应力电磁致动器设计领域，具体地，涉及一种法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法及系统。
技术介绍
1、近年来，随着各领域加工、测量等技术的精度需求越来越高，传统的定位平台已经无法满足高精度要求，快速刀具伺服、原子力显微镜等高精度技术需要纳米级精度的定位平台。固有频率与行程之间的矛盾是高精度纳米定位平台设计的瓶颈，传统的致动方式如音圈电机与压电致动无法同时兼顾这两个性能指标。而法应力电磁致动技术被认为是解决该矛盾的有效方案，因此正逐渐被运用于纳米定位平台的设计。
2、对于传统的优化设计方法，柔顺机构的参数和法应力电磁致动器的参数是分别进行设计和优化的，因此，法应力电磁致动器固有的负刚度特性带来的耦合作用通常被忽略，这样得到的设计参数可能对于柔顺机构或者法应力电磁致动器来说分别是最优的，但是对纳米定位系统整体并不是最优解。
3、在公开号为cn114918714a的中国专利文献中，公开了一种多功能三轴快速刀具伺服系统用于多种材料的加工，该方案并没有对电磁参数和机械参数进行同步优化设计，没有得到相应的最优设计参数。
4、在公开号为cn111571280a的中国专利文献中，公开了一种混合驱动三轴快速刀具伺服装置，该方案并没有对电磁参数和机械参数进行同步优化设计，没有得到相应的最优设计参数。
5、在公开号为cn113175871a的中国专利文献中，公开了一种定位平台设备，该方案与本专利同样采用法应力电磁致动器作为xy平面内的致动装置。但是并没有对电磁参数和机械参数进行同步优化
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法及系统。
2、根据本专利技术提供的一种法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，包括：
3、步骤s1：根据法应力电磁驱动定位系统结构，建立机电参数同步优化模型；
4、步骤s2：基于机电参数同步优化模型选择优化参数，采用优化算法针对优化参数进行解算，获得满足目标的全局最优解。
5、优选地，所述法应力电磁驱动定位系统包括基座、法应力电磁致动器和柔顺机构，所述法应力电磁致动器提供驱动力，由所述柔顺机构作为导向机构传递位移，所述法应力电磁致动器设置有一对，分别设置在所述柔顺机构的两侧。
6、优选地，所述步骤s1包括：
7、根据定位平台的构型，作用在柔顺机构上的总驱动力为fx＝2fact,x；fact,x为法应力电磁致动器的主动驱动力，令柔顺机构刚度为kcomp,则fx＝kcompx，从而可以得到：
8、
9、
10、其中，kx被称为法应力电磁致动器的负刚度特性参数，系统的等效刚度为：
11、k＝kcomp-2kx
12、令m为柔顺机构的等效动质量，则由拉格朗日方程可知系统的一阶谐振频率为：
13、
14、系统的行程为：
15、
16、其中，fmax＝ki，xnimax为最大驱动力，imax是通入电磁致动器线圈的最大电流强度。
17、优选地，所述步骤s2中，待优化的参数包括：
18、所述法应力电磁致动器的负刚度为为真空磁导率μ0，气体间隙的宽度x0，永磁体的剩磁bpm,x，永磁体的磁极面积spm,x，漏磁系数αlea,x，以及磁轭的磁极面积stoke,x的函数；对于给定的磁性材料，，其真空磁导率μ0和永磁体的剩磁bpm,x为定值，所述待优化的参数包括：气体间隙的宽度x0、永磁体的磁极面积spm,x，漏磁系数αlea,x和磁轭的磁极面积syoke,x。
19、优选地，所述优化方法包括：
20、将漏磁系数αlea,x写成上述其他三个未知参数的函数，即
21、αlea,x＝f(x0,spm,x,syoke,x)
22、假设柔顺机构的待优化变量集合为n，则系统的行程和一阶谐振频率可以表示为：
23、
24、
25、令为所有待优化变量，且满足其中和为待优化变量的上下界，基于上述行程和一阶谐振频率表达式，使用差分进化算法等启发式算法，求得满足特定行程或者一阶谐振频率目标的全局最优解。
26、根据本专利技术提供的一种法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化系统，包括：
27、模块m1：根据法应力电磁驱动定位系统结构，建立机电参数同步优化模型；
28、模块m2：基于机电参数同步优化模型选择优化参数，采用优化算法针对优化参数进行解算，获得满足目标的全局最优解。
29、优选地，所述法应力电磁驱动定位系统包括基座、法应力电磁致动器和柔顺机构，所述法应力电磁致动器提供驱动力，由所述柔顺机构作为导向机构传递位移，所述法应力电磁致动器设置有一对，分别设置在所述柔顺机构的两侧。
30、优选地，所述模块m1包括：
31、根据定位平台的构型，作用在柔顺机构上的总驱动力为fx＝2fact,x；fact,x为法应力电磁致动器的主动驱动力，令柔顺机构刚度为kcomp,则fx＝kcompx，从而可以得到：
32、
33、
34、其中，kx被称为法应力电磁致动器的负刚度特性参数，系统的等效刚度为：
35、k＝kcomp-2kx
36、令m为柔顺机构的等效动质量，则由拉格朗日方程可知系统的一阶谐振频率为：
37、
38、系统的行程为：
39、
40、其中，fmax＝ki，xnimax为最大驱动力，imax是通入电磁致动器线圈的最大电流强度。
41、优选地，所述模块m2中，待优化的参数包括：
42、所述法应力电磁致动器的负刚度为为真空磁导率μ0，气体间隙的宽度x0，永磁体的剩磁bpm,x，永磁体的磁极面积spm,x，漏磁系数αlea,x，以及磁轭的磁极面积syoke,x的函数；对于给定的磁性材料，其真空磁导率μ0和永磁体的剩磁bpm,x为定值，所述待优化的参数包括：气体间隙的宽度x0、永磁体的磁极面积spm,x，漏磁系数αlea,x和磁轭的磁极面积syoke,x。
43、优选地，所述优化方法包括：
44、将漏磁系数αlea,x写成上述其他三个未知参数的函数，即
45、αlea,x＝f(x0,spm,x,syoke,x)
46、假设柔顺机构的待优化变量集合为n，则系统的行程和一阶谐振频率可以表示为：
47、
48、
49、令为所有待优化变量，且满足其中和为待优化变量的上下界，基于上述行程和一阶谐振频率表达式，使用差分进化算法等启发式算法，求得满足特定行程或者一阶谐振频率目标的全局最优解。
50、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
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1.一种法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，所述法应力电磁驱动定位系统包括基座(1)、法应力电磁致动器(2)和柔顺机构(3)，所述法应力电磁致动器(2)提供驱动力，由所述柔顺机构(3)作为导向机构传递位移，所述法应力电磁致动器(2)设置有一对，分别设置在所述柔顺机构(3)的两侧。
3.根据权利要求1所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
4.根据权利要求3所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，所述步骤S2中，待优化的参数包括：
5.根据权利要求4所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：
6.一种法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化系统，其特征在于，所述法应力电磁驱动定位系统包括基座(1)、法应力电磁致动器(2)和柔顺机构(3
8.根据权利要求6所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化系统，其特征在于，所述模块M1包括：
9.根据权利要求8所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化系统，其特征在于，所述模块M2中，待优化的参数包括：
10.根据权利要求9所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化系统，其特征在于，所述优化方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，所述法应力电磁驱动定位系统包括基座(1)、法应力电磁致动器(2)和柔顺机构(3)，所述法应力电磁致动器(2)提供驱动力，由所述柔顺机构(3)作为导向机构传递位移，所述法应力电磁致动器(2)设置有一对，分别设置在所述柔顺机构(3)的两侧。
3.根据权利要求1所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
4.根据权利要求3所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，所述步骤s2中，待优化的参数包括：
5.根据权利要求4所述的法应力电磁驱动定位系统的机电同步优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：谭淩文，孟义轩，王湘元，朱利民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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