无位移传感器磁悬浮轴承自检测系统研究

发布时间：2020-05-28 05:05

【摘要】： 磁悬浮轴承是集机械学、转子动力学、控制理论与控制工程学于一体的机电产品。它是利用磁力的作用使转子与定子之间没有机械接触将转子悬浮于空中的一种轴承。与传统的轴承相比,具有无机械磨损、能耗低、无需润滑、寿命长等一系列优点,在能源交通、机械工业、航空航天等领域具有广泛的应用前景。为了准确的测量气隙的变化,磁悬浮轴承需要用多个位移传感器,这样就使得轴承的硬件成本过高,另外位移传感器的存在,使得轴承的尺寸变大,整个系统的动态性能和可靠性都降低。由于系统结构的限制,位移传感器不能装在磁悬浮轴承的中间,使得系统控制器的设计变的复杂。因此,将无位移传感器磁悬浮轴承自检测技术应用于轴承转子悬浮的控制系统中,以此克服上述缺陷并降低轴承的成本是必要的。本文介绍了无位移传感器磁悬浮轴承的基本原理,建立了转子单自由度的数学模型,得到了轴承线圈的电感特性。无位移传感器磁悬浮轴承自检测主要有差动变压器测试和小信号注入测试两种方法。由于差动变压器测试法的测试信号较难准确获取,而小信号注入测试法是在线性功放的输入端加入一高频小信号作为测试信号,通过对电磁线圈中电感的检测来获取转子的位移变化,因此具有检测信号简单、准确。本文选用小信号注入测试法对自检测系统进行了较为深入研究,建立了系统所需的软、硬件结构,其中软件设计主要针对适用于自检测系统的模糊自适应整定PID控制器,硬件设计主要针对自检测系统的检测电路及连续线性功率放大器,最后对其进行了仿真及调试。
【图文】：

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第二章无位移传感器磁悬浮轴承系统基本理论位移传感器磁悬浮轴承系统概述无位移传感器磁悬浮轴承系统基本工作原理位移传感器磁悬浮轴承是利用磁场力将转轴无机械摩擦无润滑地悬浮在空中转的一种新型轴承，其结构如图 2.1 所示。由图 2.1 可知，此系统包括一个轴径向轴承，其中轴承系统的转子是通过六个刚体自由度（即沿 x轴、 y 轴、，绕 x 轴转动的α ，，绕 y 轴转动的β 及绕 z 轴转动的ω ）的控制来实现其转子浮。

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图 2.2 无位移传感器磁悬浮轴承系统工作原理图Fig.2.2 Principle diagram of system of no-displacement sensor magnetic bearing传感器磁悬浮轴承系统分类位移传感器磁悬浮轴承对主轴自由度不同的控制，可将其分为无位轴承和无位移传感器轴向磁悬浮轴承。传感器径向磁悬浮轴承在结构上由定子、转子及线圈组成，定子内定形状的槽，槽里嵌入线圈，当给不同的线圈通入电流时，将产生转子，实现其稳定悬浮，如图 2.3 所示为其定子、转子结构。无位轴承在结构上包括压装在主轴上的推力盘，两端电磁铁及其内部沿轴向位移进行控制，抑制转子的振动，实现轴向定位，如图 2.4 位移传感器磁悬浮轴承具有结构简单、制造方便等特点，但是基于和环境的限制，如需提高无位移传感器磁悬浮轴承本身的承载能力低磁滞损耗，就必须使得轴承的转子为叠片式的，而且还需要轴承相对磁导率高及饱和磁感应强度高等特点的软磁材料[22]。
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH133.3

【参考文献】