磁悬浮轴承的传感器冗余及驱动系统研究

发布时间：2020-06-02 10:21

【摘要】：随着高速电机的快速发展,磁悬浮轴承的研究开始蓬勃发展。而驱动系统作为磁轴承系统核心环节之一,它的性能对磁轴承的稳定运行起着至关重要的作用,从而对驱动系统设计的要求不断提升,因此磁轴承驱动系统越来越受到关注。此外对系统可靠性的要求也越来越高。在磁悬浮轴承系统中,位移传感器探头安装处距离转子很近,非常容易受到各种环境因素的影响而出现故障。实现传感器的故障冗余功能可以保证系统的安全稳定运行。本文是磁悬浮轴承的传感器冗余及驱动系统的研究,主要按以下几个方面进行研究和设计:分析磁轴承驱动系统的控制方式,依据功率放大器的设计原则,结合采样—保持型功放和PWM型功放的优点,设计了一种新型的三电平开关功率放大器,在其PWM输出波形与驱动电路之间加入一种反映线圈电流和控制信号的逻辑电路,使得功率器件在一个周期内至多动作一次,减小了损耗,仿真与实验结果表明,所设计电路响应快,跟随性好且纹波小。针对采用差动式位移传感器的主动磁悬浮轴承系统,分析了不同类型的传感器故障的特点,从理论上推导了转子的干扰力和两个位移传感器所受干扰信号与控制器输出信号以及两个位移传感器输出信号之间的关系,提出了一种基于LMS自适应滤波的故障传感器检测与识别算法。仿真研究结果表明该方法可以有效地检测并识别出故障传感器。研究与分析了传感器故障冗余原理,提出一种识别、处理与转换传感器故障信号,实现传感冗余功能的新方法。根据理论分析进行了传感器故障识别电路的FPGA模块化设计,完成传感器冗余电路的制作,仿真与实验结果表明模块化FPGA滤波器良好的滤波性能和收敛性能,成功地实现了传感器故障的识别功能和冗余功能。
【图文】：

系统结构图,磁轴承,系统结构图,高速电机

第 1 章绪论究背景应用于诸多领域，大到航天、军工及工业生产中的电动机已经成为如今的研究热门。但是随着高速电机的发展，其间的矛盾日益突出。例如，某些高速电机转速可达 50000的滚珠轴承作为支撑，滚珠将因不能承受高速运动产生的炸。因此对于几万转甚至十几万转每分的高速电机而言，都可以做为可靠的支撑。其中磁轴承具有不需要接触、不可以应用在真空等多种场合，并且系统理论较为成熟，因。磁悬浮轴承系统结构图如图 1.1 所示，整个系统包括控系统和传感器信号处理系统。

开关功率,功放,通断

沈阳工业大学硕士学位论文功放的原理则如图 2.1 所示，电流随电压变化图如图和实际采集值I 进行差分比较，，通过 PI 控制器对输出的生模块中的三角波相截产生所需驱动信号，进而经过的开合操作。定子线圈中的电流 I 与供电电压dU 之间于正向时，I 增大；当dU 处于负向时，I 减小。在一个于负向电压的时间，即该周期内平均电压为正，那么；相反情况I 减小。因此通过控制输出 PWM 波的占空型功放开关频率固定，可在任意时刻根据需求通断通断 PWM 波的占空比在 0 到 100%之间，因此调节范围有踪性不好。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.3;TP212

【参考文献】