MEMS密碼鎖的驅(qū)動(dòng)電磁型YE3電機(jī)超微西瑪電機(jī)步進(jìn)控制研究

時(shí)間：2019-12-22 10:00

　機(jī)械密碼鎖是一種用于特別重要場(chǎng)合的安全保險(xiǎn)裝置，具有使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、誤解碼率低的特點(diǎn)，應(yīng)用于銀行、武器彈藥庫(kù)等場(chǎng)合。過(guò)去，主要采用精密機(jī)械加工的方法制造機(jī)械密碼鎖。隨著半導(dǎo)體制造工藝和超精密加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用MEMS技術(shù)微型化密碼鎖已經(jīng)成為發(fā)展的必然。隨著結(jié)構(gòu)尺寸越來(lái)越細(xì)小，對(duì)鑒碼輪的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)超微電機(jī)的精度要求也隨之提高。

　　本文討論的MEMS密碼鎖有兩個(gè)相同且平行安裝的超微電機(jī)組成，每個(gè)超微電機(jī)上都安裝著與其同軸的鑒碼輪。為該超微電機(jī)的定子繞組圖和轉(zhuǎn)子磁極分布圖，它采用了相同尺寸的定轉(zhuǎn)子，且上下分布的新穎結(jié)構(gòu)。只要依據(jù)轉(zhuǎn)子磁極作用于定子線圈上的受力方向，且在恰當(dāng)時(shí)刻換相就封吏轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。為使用超微電機(jī)做驅(qū)動(dòng)器的密碼鎖結(jié)構(gòu)圖，超微電機(jī)通過(guò)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶有鑒碼齒的碼輪步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。如果密碼正確，則兩個(gè)碼輪上的鑒碼輪隨著同軸的兩個(gè)超微電機(jī)的分別步進(jìn)而步進(jìn)，齒不嚙合，鎖被打開(kāi)；如果密碼錯(cuò)誤時(shí)，則將引發(fā)兩個(gè)碼輪上的鑒碼齒競(jìng)爭(zhēng)，鎖被卡死。因此，開(kāi)鎖時(shí)，兩組平行安裝帶有鑒碼輪的超微電機(jī)能否準(zhǔn)時(shí)，準(zhǔn)確地分別步進(jìn)到指定位置，即超微電機(jī)的步進(jìn)是否均穩(wěn)定可靠對(duì)于密碼鎖來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。本文討論以準(zhǔn)LIGA工藝研制的直徑為6.9mm電磁超微電機(jī)為核心驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)鑒碼輪解碼時(shí)的超微電機(jī)步進(jìn)控制。

　　密碼鎖結(jié)構(gòu)示意超微電機(jī)的力矩分析超微電機(jī)所產(chǎn)生的電磁力矩很小，一般在LNm的數(shù)量級(jí)。但是其中由于超微電機(jī)的摩擦而產(chǎn)生的損耗比例往往會(huì)很大，而且傳統(tǒng)潤(rùn)滑方法在超微電機(jī)上又無(wú)法使用。因此在負(fù)載下，超微電機(jī)能否產(chǎn)生足夠大的力矩，決定著超微電機(jī)是否能夠步進(jìn)均。

　　在微密碼鎖系統(tǒng)中，根據(jù)解碼要求，兩個(gè)鑒碼輪必須分16步走完一圈，所以要求超微電機(jī)步進(jìn)均的每步走22.5b.在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用了二-三相的通電方式。下面將分析電機(jī)在二-三相通電時(shí)的力矩。

　　由的矢量圖，可得兩相通電時(shí)的力矩為：MEMs密碼鎖的驅(qū)動(dòng)電磁型超微電機(jī)步進(jìn)控制研究由，預(yù)測(cè)方法2為擬合函數(shù)法「1.17. 86%.結(jié)果表明硅鋼片的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型具有較由表1可以看出，其最大預(yù)測(cè)誤差分別為4. 63%和高的精度，預(yù)測(cè)誤差一般在5%以?xún)?nèi)。

　　表1 DW310-35冷軋硅鋼片材料特性預(yù)測(cè)結(jié)果（/=2000Hz）實(shí)測(cè)預(yù)測(cè)方法1預(yù)測(cè)方法2誤差/ 4結(jié)論采用諧波分析法進(jìn)行高速變頻電機(jī)仿真，將非正弦激勵(lì)求解問(wèn)題轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的正弦激勵(lì)求解問(wèn)題，解決了非正弦激勵(lì)下硅鋼片材料特性數(shù)據(jù)難以獲得的難題。

　　首次應(yīng)用三層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)硅鋼片材料特性預(yù)測(cè)，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力，從硅鋼片制造商提供的有限數(shù)據(jù)出發(fā)，預(yù)測(cè)硅鋼片在不同頻率的正弦激勵(lì)下的磁化曲線和損耗曲線。

　　實(shí)例表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度要高于擬合函數(shù)法，是一種有效、可行的預(yù)測(cè)模型。

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