双片式径向-轴向六极混合磁轴承结构参数设计及控制研究

发布时间：2020-10-22 22:58

　　 磁悬浮轴承是一种利用磁场力实现定转子之间无直接接触的新型高性能轴承,具有高速高精度、无摩擦无磨损、寿命长等众多优点。目前,磁轴承的应用领域包括高速机床电主轴、飞轮储能、农业风力发电、生命医疗、航空航天等,具有广阔的应用前景。为了降低磁轴承的成本和功耗,近些年来逆变器驱动式三极磁轴承成为了研究热点。然而三极结构径向空间的不对称性导致了悬浮力的非线性和径向两自由度间的耦合。为了弥补这一缺点,参考传统八极或者四极磁轴承结构的对称性,且为了充分利用磁路,提出了一种双片式径向-轴向六极混合磁轴承(hybrid magnetic bearing,HMB),并围绕其参数设计、悬浮力特性分析、高性能控制和实验等技术问题展开研究。论文主要研究工作及成果如下:1、首先主要按时间顺序综述了磁轴承的起源和发展,包括国内和国外的研究进展。并从磁轴承整个系统的组成、磁轴承的分类和磁轴承在各个领域的具体应用以及目前磁轴承的控制技术等角度对磁轴承展开概述。2、其次介绍了双片式径向-轴六极HMB的结构和径向、轴向的基本原理,并分别建立了双片式径向-轴向六极HMB轴向和径向的数学模型。在数学模型的基础上进一步推导了双片式径向-轴向六极HMB的悬浮力表达式,并从悬浮力的线性度、耦合性以及最大承载力三个角度分别和三极HMB进行了相关性能对比。并利用有限元软件对结构参数设计和悬浮力特性研究的正确性进行了验证。3、为了提高磁轴承的控制效果,针对双片式径向-轴向六极HMB磁轴承的特点设计了自适应模糊控制器。同时避免函数型伸缩因子的缺陷,采用粒子群优化算法对伸缩因子的选取进行优化设计,并和PID控制、模糊控制等进行了比较。仿真和对比结果表明了基于粒子群优化的自适应模糊控制器的优越性。4、最后构建了双片式径向-轴向六极HMB数字控制系统。控制硬件部分主要包括DSP最小系统设计、驱动电路设计以及位移检测电路设计三大模块,软件部分主要包括控制主程序、悬浮力等中断子程序及人机界面。最后基于所设计的实验系统,进行了悬浮力的线性度、起浮和干扰等实验,并对试验结果进行了分析。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH133.3;TP273
【部分图文】：

图 1.1 磁轴承的系统组成 Schematic diagram of single degree of freedom magnet轴承系统。假设转子在偏置电流 i0的作用下下偏移，此时经过位移传感器实时检测出转制功率放大器产生电流为 i0+id，增大的电流回到平衡位置。特点的不断深入，目前国内外研究的磁轴承种类性质分类前一般分为二种，交流和直流。所谓交流磁采用的是逆变器作为驱动模块，如图 1.2（a磁轴承如图 1.2（b）所示，常见的八极或者放可分为单极性、双极直流功放。这两种驱

(a)交流磁轴承示意图 (b)直流磁轴承示意图图 1.2 磁轴承按控制电流分类Fig. 1.2 Magnetic bearings classified by the control current(a)三极磁轴承示意图 (b)四极磁轴承示意图

5(c)六极磁轴承示意图 (d)八极磁轴承示意图图 1.3 磁轴承按磁极个数分类Fig. 1.3 Magnetic bearings classified by the number of poles照磁通的产生方式承按磁通的来源不同可分为主动[39]（ ，AMB）、被，PMB）和混合磁轴承[41]。其中 AMB 的控制磁通和偏置圈产生，在磁悬浮应用领域，AMB 的应用最为广泛，其缺点是功耗较大用自身磁场实现转子悬浮的装置，可细分为斥力型和吸力型，没有 AMB 和统，没有功耗，结构简单，缺点是稳定效果较差。而 HMB 集成了 AMB 和采用永磁体产生偏置磁通，降低了系统功耗和控制电路体积，而控制磁通
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 徐欣;谢振宇;龙亚文;;低损耗磁悬浮电主轴的动态性能[J];航空动力学报;2014年02期

2 崔家瑞;李擎;张波;刘广一;;永磁同步电机变论域自适应模糊PID控制[J];中国电机工程学报;2013年S1期

3 朱熀秋;朱利东;吴晓军;陈佳驹;;磁悬浮轴承多变量系统自抗扰解耦控制[J];机械设计与制造工程;2013年12期

4 李德广;刘淑琴;樊迪;;基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法[J];机械工程学报;2012年24期

5 朱志莹;孙玉坤;;群优化支持向量机的磁轴承转子位移预测建模[J];中国电机工程学报;2012年33期

6 朱熀秋;黄振跃;阮颖;张维煜;杨益飞;;交流主动磁轴承电主轴线性二次型最优控制[J];电机与控制学报;2012年10期

7 张维煜;朱熀秋;;涡流效应对磁轴承参数设计的影响及优化设计[J];电机与控制学报;2012年09期

8 田拥胜;孙岩桦;虞烈;;高速永磁电机电磁轴承转子系统的动力学及实验研究[J];中国电机工程学报;2012年09期

9 钟志贤;祝长生;;主动磁轴承控制器对Jeffcott转子裂纹故障特征的影响[J];中国电机工程学报;2012年05期

10 郭海刚;李洪兴;胡凯;;一类变论域自适应模糊控制器[J];模糊系统与数学;2011年06期

本文编号：2852196