磁力轴承反向差动驱动控制的理论及实验研究

发布时间：2019-08-12 20:38

【摘要】：主动磁力轴承是利用电磁力悬浮转子及载荷的一种支承形式。与普通机械轴承相比,主动磁力轴承具有无机械接触和电磁力可控可调等特点,所以磁力轴承在超洁净和高速等环境下的应用具有独特的优势。磁力轴承转子的控制精度和动态响应性能在很大程度上决定着磁力轴承的推广应用。伴随着工业化进程推进,磁力轴承开始趋向于超高速和超精度方向发展,欲要获得这种高性能的磁力轴承,寻找一种新型的励磁方式十分有必要。本文围绕改善磁力轴承转子的动态性能为主题,提出了反向差动驱动控制磁力轴承,并对其进行了理论和实验研究。主要研究工作如下： 首先,介绍了主动磁力轴承的工作原理和电磁力的计算公式；介绍了常规差动磁力轴承工作原理,建立了单自由度常规差动驱动控制磁力轴承的动力学方程和仿真模型的动力学方程；在常规差动磁力轴承的基础上,描述反向差动驱动控制磁力轴承工作原理,并建立单自由度反向差动驱动控制磁力轴承的动力学方程和仿真模型的动力学方程。 其次,基于PID控制算法,在预设的参数下分别对常规差动驱动控制和反向差动驱动控制的MATLAB仿真。仿真分悬浮、悬浮后位移激励、悬浮后加速度激励三个步骤进行,同时也仿真出反向差动驱动控制在不同电磁铁线圈匝数比的控制效果。仿真结果显示：反向差动驱动控制在超调量、调整时间和稳态误差等反映控制品质方面均优于常规差动驱动控制。 接着,依据仿真结果提供的参数,简化磁力轴承控制的自由度,设计了单自由度反向差动驱动控制的实验装置。并详细介绍了实验装置的机械结构部分和电子控制部分。 最后,分静态悬浮和周期振动激励两个阶段,通过改变反向差动驱动控制实验装置上电磁铁线圈的连接方式,分别进行反向差动驱动控制和常规差动驱动控制实验。详细介绍了两种驱动方式的实验过程和实验结果对比。 实验研究表明：相同的控制环境,同一组PID参数下,反向差动驱动控制相对于常规差动驱动控制在超调量、调整时间和静态悬浮稳态误差方面的表现出优越性,但是在周期振动激励是稳态误差稍大。试验中还发现当电磁力一定时,转子或者衔铁的质量对控制效果有很大影响。实验虽没有获得像仿真那样完美的结果,但是获得一些有益的结论,为进一步深入研究反向差动驱动控制打下基础。
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从70年代起，Staeon技术公司(美国)、 NASALewiS研究中心(美国)、马里兰大学(美国)相继研制了飞轮能量储存系统，用来控制卫星姿态。图1一1为磁悬浮飞轮电池图1一2为飞轮能量储存系统(2)特殊环境下的应用因为磁力轴承没有接触摩擦，无需润滑，所以可以运用到对环境要求严格的特殊场合，比如硅片、光学镀膜、离子蚀刻和液晶显示器件等需要洁净的真空环境。1976年，莱宝公司开发出首台磁悬浮分子泵，取名TURBOVA.C560M。

武汉理}人学硕一{:学位论文图1一3单轴定位分子泵图1一4五轴定位分子泵(3)机床中的应用使用传统机械轴承，在铣削和磨削时获得超高速遇到很大阻碍，而磁力轴承可以承受重载，且具有高线速度，大刚度等。SZM公司(法国)研制的超高速磨削B15/1000型磁力轴承电主轴，，切削线速度高达300m/S，功率为150O0W。SKF公司推出的磁力轴承铣削主轴，转速高达4000Or/min，功率为40000W，且能实现过载保护
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH133.3

【参考文献】

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本文编号：2525940