电磁轴承的开关功放设计及悬浮控制研究

发布时间：2017-03-24 18:01

  本文关键词：电磁轴承的开关功放设计及悬浮控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电磁轴承是一种通过电磁力调节来控制转子悬浮状态的新型机电一体化轴承。电磁轴承凭借无接触,无磨损,无需润滑,功耗低,无污染,控制精度高,适合高转速等优良性能,在高速精密轴承行业有着广泛的应用前景。同时,电磁轴承的支承特性可以通过控制策略实时调节,在线监测和控制转子的运转状态,对转子不平衡振动进行实时主动控制,以解决转子不平衡振动的问题。本文的主要研究任务是电磁轴承开关功率放大器,分析其性能对电磁轴承系统的影响,并完成硬件实物设计。在此基础上搭建单自由度电磁轴承实验平台,对不平衡振动控制进行实验分析。本文首先对电磁轴承和其功率放大器目前国内的发展现状进行了简述,在详细介绍电磁轴承构成以及开关功率放大器的原理后,理论分析了功率放大器性能参数指标。其次在对比了开关功率放大器的脉冲调制策略以及功率拓扑结构后,对所设计的开关功率放大器的各个硬件环节:功率拓扑结构、PWM脉冲调制、功率管隔离驱动、电流反馈控制进行了详细介绍。实测了开关功率放大器的线性度、频率响应、电流变化率、阶跃响应以及电流纹波参数,并实验分析输入电压、开关频率对其的影响,选取合适参数满足电磁轴承对开关功率放大器的要求。最后完成了基于matlab/simulink实时仿真平台下的半实物单自由度电磁轴承实验平台建设。在实验平台上完成基于LMS算法的自适应振动控制器设计,并实验验证了该振动控制器对不平衡振动有良好抑制效果。当振动变化时,振动控制信号能进行自适应跟随,随后对控制器的性能参数和抗噪性能进行实验分析。
【关键词】：电磁轴承 开关功率放大器 半实物仿真 自适应振动控制
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75;TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 引言8
• 1.2 电磁轴承系统简介及发展8-10
• 1.2.1 电磁轴承系统简介8
• 1.2.2 电磁轴承系统发展8-10
• 1.3 电磁轴承功率放大器的发展现状10-12
• 1.3.1 电磁轴承功率放大器的发展10-11
• 1.3.2 电磁轴承功率放大器的现状11-12
• 1.4 本论文所做的工作12-14
• 第二章 电磁轴承系统构成与开关功放原理14-28
• 2.1 电磁轴承系统的构成14-16
• 2.2 电磁轴承的功率放大器的分类16-18
• 2.3 电磁轴承的功率放大器脉冲控制策略分析18-21
• 2.4 电磁轴承开关功率放大器拓扑电路21-23
• 2.5 电磁轴承开关功率放大器性能分析23-27
• 2.5.1 功率放大器效率23
• 2.5.2 功率放大器开关频率和线性度23-24
• 2.5.3 功率放大器电流变化率24-25
• 2.5.4 功率放大器力响应速度25-26
• 2.5.5 功率放大器电流纹波和干扰26-27
• 2.6 小结27-28
• 第三章 功率放大器的硬件设计28-46
• 3.1 电磁轴承功率放大器的构成28
• 3.2 功率拓扑环节28-29
• 3.3 驱动隔离环节29-31
• 3.4 PWM调制环节31
• 3.5 控制器环节31-38
• 3.5.1 两电平功放的原理32-34
• 3.5.2 三电平功放的原理34-37
• 3.5.3 三电平功放的控制器设计37-38
• 3.6 电流反馈环节38
• 3.7 开关功放的实验性能测试38-45
• 3.7.1 开关功放线性度39-40
• 3.7.2 开关功放频率响应与电流变化率40-42
• 3.7.3 开关功放阶跃响应42-43
• 3.7.4 开关功放电流纹波43-45
• 3.8 本章小结45-46
• 第四章 单自由度电磁轴承振动控制实验46-64
• 4.1 单自由度电磁轴承实验平台简介46-55
• 4.1.1 单自由度电磁轴承位移传感器介绍47-48
• 4.1.2 单自由度电磁轴承开关功放介绍48
• 4.1.3 单自由度电磁轴承控制器设计48-55
• 4.1.4 单自由度电磁轴承稳定悬浮55
• 4.2 单自由度电磁轴承振动控制55-59
• 4.2.1 单自由度电磁轴承不平衡振动模型55-57
• 4.2.2 自适应LMS振动控制57-59
• 4.3 单自由度电磁轴承振动控制实验59-63
• 4.3.1 LMS振动控制59-60
• 4.3.2 振动控制步长因子对振动控制影响60-62
• 4.3.3 噪声对振动控制影响62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64
• 5.2 展望64-66
• 参考文献66-71
• 攻读学位期间的研究成果71-72
• 致谢72

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