磁悬浮轴承柔性转子系统的变参数控制研究

发布时间：2020-08-06 07:21

【摘要】： 当前旋转机械正在向高速、重载和细长方向发展,磁悬浮轴承具有无接触、可主动控制等特点,被广泛认为是下一代高速旋转机械支承装置。传统的PID控制虽然结构简单且具有一定的鲁棒性,但单一的控制参数很难同时保证磁悬浮轴承柔性转子系统所需的低频和高频特性。而基于状态反馈的最优控制、鲁棒控制等现代控制策略由于算法复杂,可实现性较差。本文建立了磁悬浮轴承柔性转子系统试验台,分析了控制参数对柔性转子系统动态性能的影响。从理论上提出了基于转速的变参数控制方法,并分析了该方法的可行性和参数跳变时系统的稳定性。在理论分析的基础上,通过TMS320F2812 DSP的捕获单元将转子的转速信号引入控制器,在不同转速区段选取不同的PID参数控制径向磁悬浮轴承,采用C语言与汇编语言混编的方式编写控制软件,实现了基于TMS320F2812 DSP五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统的变参数PID控制,并通过系统高速旋转试验进行了验证。理论分析和试验研究结果表明,采用变参数控制策略能够满足系统在不同转速区段对支承特性的不同要求,使柔性转子系统在整个转速区段均具有较好的动态性能,有利于系统平稳越过弯曲临界转速。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH133.3
【图文】：

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图 2.1 是五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统的机械结构图。系统采用两个径向磁轴承和一个轴向磁轴承来实现转子的稳定悬浮，通过高频电机带动转子旋转。在每个径向轴承的两侧和转子的两端装有差动电涡流传感器来实时检测转子的振动。每个径向轴承处安装有滚动保护轴承以防止转子失稳时跌落到磁轴承上。其中，1 为轴向传感器定位架， 2 为左端径向磁悬浮轴承金属橡胶组合支承（径向 1、2 路）， 3 为系统基座，4 为轴向磁悬浮轴承（轴向 5 路）， 5为电机组件， 6 为实心组合转子， 7 为右端径向磁悬浮轴承金属橡胶组合支承（径向 3、4 路）。

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7 为右端径向磁悬浮轴承金属橡胶组合支承（径向 3、4 路）。图 2.1 磁悬浮轴承柔性转子系统机械结构图2.2 系统控制原理图图 2.2 是单自由度磁悬浮轴承转子系统的控制原理图。图 2.2 单自由度磁悬浮轴承转子系统控制原理图转子每个自由度上的电磁合力依靠一对差动激磁方式的电磁铁来提供。系统的工作原理如下：转子在悬浮或旋转时由于外界干扰的存在会产生振动，安装在转子上的一对差动电涡流传

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系统中轴承分为径向磁轴承和轴向磁轴承两种。图 2.3 为两种磁轴承的实物图。径向轴八个线圈绕制而成，形成上下两对磁极来给转子提供两个自由度上的电磁力。两个轴向轴成一对磁极来提供转子轴向稳定悬浮所需要的电磁力。在磁轴承的制作过程中，必须避免之间出现匝间短路和硅钢片划伤，各绕线之间也要紧密排列。

【引证文献】