磁轴承转子位移自检测技术及其发展趋势综述

发布时间：2020-10-29 10:00

　　 实时且精确地检测磁轴承转子位移信息是保证其稳定悬浮的基础,在分析轴向磁轴承悬浮原理、分类及其特点的基础上,详细地阐述了目前磁悬浮轴承转子无位移传感器自检测的主要的方法:PWM载波法、状态估计法、差动变压器分析法和高频信号注入法。进一步阐述了磁悬浮轴承位移自检测技术的发展趋势,为下一步研究提供了理论基础。
【部分图文】：

磁轴承系统为例，其基本组成如图1所示。当转子处在平衡位置的时候，左右两个线圈中只有偏置电流I，它们产生的控制磁通Φz1和Φz2等值反向，因此左右两个电磁铁产生的力也等值反向，它们对转子的力作用相互抵消，转子在平衡位置保持稳定悬浮[5]。假设转子受到外界扰动，从平衡位置处向右移动了距离z，此时传感器会检测到转子移动的距离z并将其传递给位移控制器，控制器计算后产生相应的控制电流iz，于是左右两个线圈中的电流变为I+iz和I-iz，相应的，左右两边的磁拉力的大小也发生改变，Fz1增大，Fz2减小，它们的合成力为F=Fz1-Fz2，方向向左，此力使转子恢复到平衡位置。同样的当扰动使转子朝左偏离平衡位置时，磁轴承控制电流发生改变，磁轴承左右电磁铁的拉力也随之改变，转子受到向右的合力，从而被拉回到原处。按照不同的标准，磁轴承可以被分为不同的种类，如表1所示。磁轴承使得传统的支承型式发生了根本性的变化，主要具有以下特点[6-8]:(1）由于转子不直接和定子相接触，两者之间有一定气隙，因此磁轴承没有了机械的磨损，也无需要润滑，具有更高的转速，更长的寿命和更低的维护成本；（2）磁轴承可以采用数字控制，电流和位移刚度强，阻尼调整灵活，转子超越临界转速更为安全。

单自由度磁轴承结构

故可得到主动磁轴承的单自由度控制系统结构，如图3所示，可以证得，若定子电流i是已知量，上面所述的系统就是可观的，使用系统输出i来进行线性状态观测器的设计，即可求得转子位移量x。状态估计法的优点是：无需另外注入信号以及信号处理；动态稳定性好；静载荷能力更大；放大器相对而言结构较为简单，而且功率损耗低。状态估计法的不足之处有：环境因素较小的变化，就对系统的稳定性产生较大影响，即系统鲁棒性较差；存在干扰的情况下，系统稳态的时候会存在估计误差；估计的精确性也会受到定子线圈上的电压的影响[12]；另外对高频系统进行建模时，需要在考虑环境变化的情况下建立的精确的数学模型才是能观的，上述的这些缺点使状态估计法的在实际中的应用被限制了。
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本文编号：2860745