电磁轴承多绕组控制回路容错运行技术研究

发布时间：2020-04-24 22:25

【摘要】：主动电磁轴承是机电一体化的复杂控制系统,通过可控性的电磁力将转子稳定悬浮在期望位置,有一系列传统轴承无法比拟的优势,如没有摩擦损耗,不发热,无需润滑且工作寿命长等。所以主动电磁轴承被应用在越来越多的实际工业设备上。如何进一步提高运行时的安全性和可靠性是电磁轴承更加广泛被应用的关键。本文对径向电磁轴承的冗余结构和容错控制进行了具体研究。首先,本文概述了磁悬浮轴承的发展状况,电磁轴承的故障形式以及冗余容错控制方面的国内外研究现状。着重介绍了电磁轴承系统的基本组成和数学模型,阐述了电磁轴承的工作原理。并对电磁轴承系统中位移传感器和功率放大器的冗余结构作了详细分析,通过仿真对冗余前后系统的可靠性进行了分析对比,验证了冗余结构的有效性。其次,在基于偏流线性化理论的基础上,对8磁极强耦合结构和弱耦合结构的径向电磁轴承进行分析,根据不同结构下的模型和等效磁路,实现x、y轴方向电磁力的解耦和线性化。搭建了基于RTW的电磁轴承半实物仿真平台,对仿真模型的建立和dSPACE的应用作了详细的介绍,并实现了转子在两自由度上的稳定悬浮,验证了实验平台的良好性能。最后,提出了一种基于最小功耗的多绕组回路容错控制方法,详细介绍了最小功耗下电流分配矩阵的求解过程,实现了将故障绕组的电磁力分配到其他正常绕组且所有绕组回路消耗的能量最少。另外,对电磁轴承的故障形式进行归纳总结,列举了所有可实现容错控制的基本故障类型。当一个或多个绕组回路故障时,只需求解基本故障类型对应的电流分配矩阵,同种故障类型的电流分配矩阵可根据坐标变换矩阵和绕组重映射矩阵得到,即可实现同种故障类型下不同故障组合形式的容错控制。详细介绍了该方法的设计和实现过程。利用Smulink仿真对差动控制和该容错控制方法的能量消耗进行对比分析,通过实验验证该容错方法的有效性。研究结果表明该方法能有效减少绕组电流的消耗,简化容错过程,提高系统的可靠性。
【图文】：

复合分子泵,磁悬浮

内磁悬浮技术的蓬勃发展做出贡献。1.1.3 电磁轴承的应用电磁轴承由于无摩擦损耗、寿命长等一系列优良特性，使其不仅被应用在航空航天、核工业生产等高端领域，而且在旋转运动的基础机械工业方面也得到广泛应用，如飞轮储能[15-23]、离心式压缩机[24-25]、涡轮复合分子泵[26-29]等。早在 2002 年，中国上海就已经建成了世界上第一条磁悬浮超导列车。天津飞旋科技自主研发了磁悬浮复合分子泵，如图 1.1所示，这是完全国产的拥有全部核心技术的磁悬产品。亿f科技有限公司将 5 自由度主动磁悬浮轴承和高速永磁同步电机相结合，研制了全球最大 700kW 的磁悬浮离心式鼓风机。由于其节能高效、低噪音、智能控制等性能优势，该产品被广泛应用在污水处理、生物发酵等方面。格力公司也积极投入磁悬浮技术的研究，推出了磁悬浮变频离心式冷水机组，其产品以超级省电、超级稳定、超级强劲著称，图 1.2 为磁悬浮变频离心式冷水机组的实物图。

离心式冷水机组,磁悬浮

内磁悬浮技术的蓬勃发展做出贡献。1.1.3 电磁轴承的应用电磁轴承由于无摩擦损耗、寿命长等一系列优良特性，使其不仅被应用在航空航天、核工业生产等高端领域，而且在旋转运动的基础机械工业方面也得到广泛应用，如飞轮储能[15-23]、离心式压缩机[24-25]、涡轮复合分子泵[26-29]等。早在 2002 年，，中国上海就已经建成了世界上第一条磁悬浮超导列车。天津飞旋科技自主研发了磁悬浮复合分子泵，如图 1.1所示，这是完全国产的拥有全部核心技术的磁悬产品。亿f科技有限公司将 5 自由度主动磁悬浮轴承和高速永磁同步电机相结合，研制了全球最大 700kW 的磁悬浮离心式鼓风机。由于其节能高效、低噪音、智能控制等性能优势，该产品被广泛应用在污水处理、生物发酵等方面。格力公司也积极投入磁悬浮技术的研究，推出了磁悬浮变频离心式冷水机组，其产品以超级省电、超级稳定、超级强劲著称，图 1.2 为磁悬浮变频离心式冷水机组的实物图。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TH133.3

【参考文献】