磁悬浮储能飞轮强陀螺效应的抑制研究

发布时间：2017-12-05 22:11

  本文关键词：磁悬浮储能飞轮强陀螺效应的抑制研究

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【摘要】：磁悬浮储能飞轮作为一种新型储能方式,具有储能密度高、无污染、寿命长等优点,在诸多领域拥有广泛应用前景。磁悬浮储能飞轮需运行在高转速下运行的特性使控制其稳定性成为运行在高转速下的特性使控制其稳定运行成为飞轮研究热点。但由于飞轮转子在高速下会产生强陀螺效应,对刚性模态下的转子影响非常大,因此开展磁悬浮储能飞轮的强陀螺效应的研究及抑制工作对于提高飞轮储能系统的效率具有重要意义。本文针对高速旋转下磁悬浮飞轮的强陀螺效应问题,分析了其分散PD控制和交叉反馈控制抑制原理和方法,针对目前阻尼器与磁轴承异位安装导致的检测位移不一致问题,提出一种新型同位阻尼的磁轴承用于陀螺效应的抑制,以此优化陀螺效应的振动抑制及致稳问题。首先,介绍了磁悬浮飞轮的磁轴承系统基本工作原理,建立了单自由度和四自由度磁轴承动力学模型,阐述了陀螺效应产生原理以及陀螺力矩对转子的影响,提出结合阻尼作用力的分散PD控制和交叉反馈控制转子运动方程并建立其控制方程。其次,基于考虑磁矢位的电磁阻尼原理提出了一种新型同位阻尼模型,根据电磁场理论建立了新型同位阻尼磁轴承中的阻尼模型,并对阻尼特性进行仿真分析和优化,取得阻尼力的分布情况及与电流关系。同时,基于新型同位阻尼磁轴承进行抑制陀螺效应的控制系统建模,包括分散PD控制和交叉反馈控制模型,并对控制系统参数整定提出计算方法。最后,在MATLAB/Simulink环境下分别建立了新型同位阻尼磁轴承的分散PD控制和交叉反馈控制下仿真模型,取得阻尼抑制陀螺特性描述和结构参数;并利用劳斯判据得到稳定性要求下控制参数的取值范围;同时,还在单自由度磁轴承模型下同位阻尼器的抑制振动能力进行了仿真验证,详细分析了分散PD控制、交叉反馈控制和同位阻尼器作用时转子在各转速下运动情况,仿真结果表明交叉反馈控制和同位阻尼综合应用可以更好抑制磁悬浮飞轮系统的强陀螺效应。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.7

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本文编号：1256353