永磁偏置磁悬浮轴承的结构设计及其控制器研究

发布时间：2017-05-02 00:00

  本文关键词：永磁偏置磁悬浮轴承的结构设计及其控制器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空间,使转子与定子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承,现代工业界常利用其来实现高速电机转子的悬浮支撑。磁悬浮轴承以其无污染、无润滑、无摩擦、无磨损、高速度、高精度、低功耗等优点,从根本上改变了传统的轴承支撑形式,以及克服了需要独立液压、气压系统的液浮、气浮轴承的结构复杂、体积庞大、效率低下等缺点,特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。它是一种典型的高技术含量、高附加值机电一体化产品,其性能的优劣是由它的控制系统决定。随着计算机技术、自动控制技术、微电子技术的发展,其应用也越发广泛。首先,论文介绍了磁悬浮轴承的基本原理及分类,论述了国内外研究现状,提出了特性优良的永磁偏置磁悬浮轴承(混合轴承)。然后对永磁偏置磁悬浮轴承进行分析研究,论述其工作原理及数学模型。通过磁路分析,以轴承承载力为基础对两自由度径向永磁偏置磁悬浮轴承的机械结构进行了参数设计,以及对保护轴承和本体损耗的计算进行了简单叙述。其次,将基于变分原理的有限元方法用于磁悬浮轴承的电磁场数值分析,利用Ansoft Mawell有限元软件对所设计的磁悬浮轴承的本体结构建立了实体模型,使用三维非线性有限元方法计算磁悬浮轴承电磁场的空间分布,对磁悬浮轴承平衡状态和偏移状态的电磁场进行了有限元仿真,求解了磁通密度、磁场强度等,验证了磁悬浮轴承结构设计的正确性。最后,对永磁偏置磁悬浮轴承系统中的另一个重要部分——控制系统进行阐述,包括位移传感器、功率放大器和控制器,并对控制系统中的核心部分——控制器进行了PID设置及MATLAB仿真,验证PID控制器能使受到外力扰动的转子重新恢复到平衡位置。
【关键词】：径向永磁偏置磁悬浮轴承 两自由度 结构设计 Maxwell PID控制
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• Contents9-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 磁悬浮轴承概述12-16
• 1.1.1 磁悬浮轴承的工作原理12-14
• 1.1.2 磁悬浮轴承的特点14
• 1.1.3 磁悬浮轴承的研究现状14-16
• 1.2 永磁偏置磁悬浮轴承概述16-17
• 1.2.1 永磁偏置磁悬浮轴承的提出16
• 1.2.2 永磁偏置磁悬浮轴承的研究现状16-17
• 1.3 课题研究意义及主要内容17-19
• 第二章 永磁偏置磁悬浮轴承的工作原理和数学模型19-27
• 2.1 永磁偏置磁悬浮轴承的工作原理19-21
• 2.2 永磁偏置磁悬浮轴承的分类21-23
• 2.2.1 按控制电流形式分类21-22
• 2.2.2 按功能分类22
• 2.2.3 按偏置磁场极性分类22-23
• 2.3 永磁偏置磁悬浮轴承的数学模型23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 永磁偏置磁悬浮轴承的结构设计27-42
• 3.1 永磁偏置磁悬浮轴承的结构参数设计27-37
• 3.1.1 气隙的计算27-28
• 3.1.2 转子的设计28-29
• 3.1.3 定子的设计29-32
• 3.1.4 永磁体的设计32-37
• 3.1.4.1 永磁体的选用原则32
• 3.1.4.2 永磁体的基本特性32-35
• 3.1.4.3 常见永磁材料介绍35
• 3.1.4.4 永磁材料尺寸确定35-37
• 3.2 永磁偏置磁悬浮轴承的电气参数设计37-40
• 3.2.1 线圈安匝数的确定37
• 3.2.2 绕组线径的确定37-38
• 3.2.3 绕组的电阻和电感38-39
• 3.2.4 本体的损耗计算39-40
• 3.3 保护轴承的设计40
• 3.4 参数设计结果40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 永磁偏置磁悬浮轴承的有限元仿真42-57
• 4.1 电磁场的研究意义42-43
• 4.2 电磁场基础理论43-44
• 4.3 有限元方法44-46
• 4.4 有限元仿真46-56
• 4.4.1 Maxwell简介46-47
• 4.4.2 平衡状态的电磁场仿真47-52
• 4.4.2.1 前处理47-49
• 4.4.2.2 求解49
• 4.4.2.3 后处理49-52
• 4.4.3 偏移状态的电磁场仿真52-56
• 4.4.3.1 未加入控制电流52-53
• 4.4.3.2 加入控制电流53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 永磁偏置磁悬浮轴承的控制器研究57-67
• 5.1 位移传感器57-59
• 5.2 功率放大器59-61
• 5.3 控制器61-66
• 5.3.1 PID控制器概述61-62
• 5.3.2 PID参数整定62-63
• 5.3.3 PID控制器仿真63-66
• 5.3.3.1 MATLAB简介63-64
• 5.3.3.2 控制器仿真64-66
• 5.4 本章小结66-67
• 总结与展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74

【参考文献】

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1 邹海丹;朱q，

本文编号：339859