主动磁悬浮轴承及其控制方法研究

发布时间：2017-04-03 10:03

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【摘要】：磁悬浮轴承是利用磁场力使轴承无机械接触的悬浮在空间中的一种新型高性能轴承,其具有无机械损耗、高速度、无需润滑以及轴承动力学参数可调等一系列优良品质,目前其主要的应用集中在传统轴承无法胜任的领域,开发的多数产品还处于实验室阶段,而且在轴承刚度和承载能力方面距离大规模应用还有一定差距,为了使磁悬浮轴承能够在更多的领域中得到广泛应用,本文将对整个磁轴承系统设计过程进行系统的研究,具体工作包括:首先,建立磁轴承的基本线性化模型,通过对磁轴承电磁铁磁路的分析,介绍磁轴承电磁铁磁通密度的计算方法,以此推导出磁轴承电磁力的计算公式,对电磁力与控制电流和气隙的关系进行合理的线性化,提出磁轴承闭环控制系统的数学表达式。其次,推导出8极差动式主动磁悬浮轴承的通用模型,研究在工程应用上磁轴承电磁铁几何结构的设计依据,选择定子电磁铁硅钢片的型号,并选取工作区域和偏置磁通,设计磁轴承电磁铁定子和转子的几何结构,并对几何结构的设计进行计算校验。第三,应用Ansoft有限元分析软件对设计的磁轴承定子电磁铁进行电磁仿真,验证磁轴承电磁铁有能力提供使转子在产生扰动偏移时使其回复到平衡位置的电磁力,对设计的磁轴承结构进行金属工艺加工,完成对磁轴承定子铁芯、传感器装载环以及转子组件的制造装配。最后,介绍电涡流传感器的工作原理,设计差动式电涡流传感器电路,并利用仿真软件Proteus对设计的电路进行仿真研究,介绍PID控制的基本理论和特点,并对磁轴承模型进行PID控制策略的闭环仿真。
【关键词】：磁轴承 电磁场仿真 电涡流传感器 PID控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 磁悬浮轴承的发展历史9-10
• 1.3 研究现状10-14
• 1.3.1 磁悬浮轴承的结构分类10-13
• 1.3.2 磁悬浮控制系统研究现状13-14
• 1.4 课题的主要研究内容14-15
• 第2章 磁悬浮轴承设计基本原理15-22
• 2.1 磁轴承基本模型15-16
• 2.2 磁轴承电磁铁磁路16-18
• 2.2.1 磁通密度计算16-18
• 2.2.2 磁路中的电感18
• 2.3 轴承电磁铁电磁力18-20
• 2.3.1 电磁力的计算18-20
• 2.3.2 轴承电磁铁电磁力与电流关系及线性化20
• 2.4 闭环磁轴承的控制回路20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 磁悬浮轴承执行器设计22-39
• 3.1 磁轴承电磁铁通用模型23-25
• 3.2 径向磁轴承电磁铁结构设计依据25-31
• 3.2.1 结构配置25-27
• 3.2.2 磁轴承冷却能力27-29
• 3.2.3 径向轴承几何参数的设计29-31
• 3.3 磁轴承几何设计参数31-35
• 3.3.1 定子冲片的设计31
• 3.3.2 磁轴承定子整体结构的设计31-33
• 3.3.3 径向磁轴承传感器装载环33-34
• 3.3.4 磁轴承转子结构34-35
• 3.3.5 绕组方案35
• 3.4 设计方案校验35-36
• 3.5 功率放大器通用模型的建立36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 电磁场仿真分析39-45
• 4.1 电磁场仿真前处理39-40
• 4.2 仿真结果分析40-43
• 4.3 实物加工43
• 4.4 本章小结43-45
• 第5章 磁悬浮轴承控制器研究45-58
• 5.1 电涡流传感器原理45-49
• 5.2 电涡流传感器电路设计49-54
• 5.2.1 震荡激励电路49-50
• 5.2.2 探头线圈50-51
• 5.2.3 差动解调电路51-52
• 5.2.4 低通滤波电路52-53
• 5.2.5 传感器探头等效电感与输出电压关系53-54
• 5.3 PID控制策略54-55
• 5.4 控制系统仿真55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 总结58-59
• 参考文献59-62
• 在学研究成果62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴坚;张茂青;陆伟;;主动磁悬浮轴承系统中的模糊自整定PID控制研究[J];江苏电器;2006年01期

2 贾红云;朱q

本文编号：284119