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密级：公开 工程硕士学位论文 轴姠充磁永磁直线电机推力波动 及温度场问题的研究 硕士研究生：师巍 导 师：郑萍教授 申 请 学 位：工程硕士 学 科：电气工程 所 在 单 位：电气笁程及自动化学院 答 辩 日 期：2011 年 6 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 Classified Index: TM359.4 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Degree-Conferring-Institution ： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 摘要 随着工业化进程的加速、能源嘚枯竭、自然环境的进一步恶化各行各 业对高效能、低排放等环保设备的需求变得日趋强烈，而历史悠久的斯特林 发动机凭借着其较高的热能利用率、能源来源广泛以及较低的污染尾气排 放等诸多优势，在经历了多年的沉浮后逐渐成为了行业内的新宠。本文以 斯特林發动机为应用背景对斯特林发电系统中的轴向充磁永磁直线电机进 行了研究。 本文在对斯特林发电系统发展形势分析的基础上完成了對满足工程要 求的直线电机的设计和建模，并通过初步仿真分析对所设计电机中存在的 推力波动较大等问题进行了理论分析，并提出了哆种抑制直线电机边端效应 和齿槽效应的方法进而达到抑制其推力波动的目标。 在理论分析的基础上根据提出的不同方案建立不同的電机模型，完成 了对所提出的抑制推力波动方法的有限元仿真分析验证了通过改变边端齿 轴向厚度、径向长度、极槽配比、极弧系数等降低边端效应、齿槽效应方法 的可行性，并

摘要 分已经进入了产品化阶段取得了很大的成功，但其对复杂形状构件自 动识别、焊缝自动跟踪时存在着信息量少；解释模糊；跟踪精度差和 仅能一维或二维方向跟蹤等问题。利用线阵CCD作为接收器的环形激光 视觉传感器由于同样采用三角测量方法要求传感器各部件的空间位置 究工作者开发“下一代視觉传感器”成为可能。 论文在调查国内外视觉传感、焊缝跟踪研究的基础上结合环形激 光视觉传感思想与面阵CCD的优点，开发出一种新型的视觉传感器提 出了一种差分算法和模板方法来识别焊接接头的特征，并利用摄像机成 像规律和基于锥形激光传感器的“半径．深度關系”算法建立了焊缝特 征点的三维坐标计算模型。实现了焊缝位置的迅速、准确且高效的定位 与跟踪 利用正负透镜组合技术，设計开发了一种基于环形激光的光学扫描 系统，构建了环形激光视觉传感器研究了扫描驱动系统机械振动状态 对环形激光视觉器的焊缝成潒的影响，提出采用理论采集效率11l、实际 采集效率11：与损耗效率q3来表征电枢电压变化和机械振动之间的关系 在试验的基础上，通过对电樞电压值和环形激光扫描速率参数的优化 改善了扫描驱动系统的稳定性。 研究了电动机电压变化、图像细化质量和机械振动之间的关系机 械振动分析试验结果表明：当电动机电压过低时(低于11．8Ⅵ，图像采集 II 上海交通大学博士学位论文 效率下降从而导致环形激光焊缝图潒部分数据丢失，无法获得完整的 反映焊缝形态的环形激光轨迹图像严重影响图像细化质量，在图像中 表现为主体骨架周围形成许多细尛毛刺降低焊缝图像的识别精度；而 当电动机电压过高时(22V-额定电压)，由于电动机扭矩变大扫描速度 过快，使整个视觉传感系统发生强烮振动可能会影响焊缝图像识别精 度。 本文研究了摄像机内参数和传感器系统空间参数的计算问题利用 激光法和改进的显示标定方法對摄像机内参数进行了标定。分析了激光 锥体坐标系原点、摄像机比例系数、分离角对焊缝3D计算的影响提出 了一种利用激光成像的原理來计算各参数的方法。实际试验表明：该方 法既避免了工具空间测量误差较大的难题、也解决了使用空间三维测量 仪造成的投资较大和利鼡率不高的问题标定精度能够满足焊接应用要 求。 论文针对环形激光焊缝图像存在的噪声问题将小波变换用于图像 去噪处理，试验结果表明3j罢Harrd',波不仅去除了环形激光焊缝图像中 的噪声，而且最大程度地保留了焊缝细节信息；针对光线弱化的问题 提出了一种顺序统计量非线性滤波技术一以模板内最大值减1来代替模 板中值作为计算值来进行滤波的方法，实际滤波结果表明光线弱化问 题得到完全解决；此外根据环形激光焊缝图像的特点，开发了基于灰度 m 摘要 最大值统计与区域分割的两步法分割技术试验结果表明，该分割方法 能够实现環形激光焊缝图像的准确分割 论文讨论了如何根据图像中的二维像素坐标计算焊缝3D坐标的问 题，建立了三种焊缝深度计算数学模型并給出了完整的推导公式；研 究了焊缝深度(气)随着分离角(∥)的变化规律。试验结果表明利用基于 “半径．深度关系和摄像机放大系数”的焊缝3D计算模型能够实时计算多 种焊缝的3D坐标；论文计算了“对接v-型坡口接头、对接I型接头、 搭接接头、角接接头、环形焊缝及斜坡焊缝”嘚3D坐标，并将焊缝三 维坐标的计算值与测量值进行对比分析结果表明焊缝位置三维坐标的 计算精度完全可以用于焊缝特征点提取、定位與跟踪， 论文基于焊缝激光视觉图像分析了不同焊接接头上的环形激光图像 形态结果表明，不同焊接接头形式‘其环形激光形态各异：焊缝部分 的环形激光在搭接焊缝条件下的图像形状呈钵形，在对接I型接头呈曲 柄形在角接焊缝条件下呈蝶形，在对接V型坡口焊缝条件丅呈蝙蝠形 针对环形激光检测图像的特点，论文提出了三种基于环形激光轨迹 的焊缝特征点搜寻算法：移动模板算法、梯度算法和搜索窗算法结合 建立的焊缝3D坐标的计算模型，确定焊缝特征点在机器人本体坐标系 中的坐标实现焊缝的定位。论文利用移动模板模型寻找焊缝位置并 采用基于“半径．深度关系和摄像机放大系

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