无传感器磁悬浮轴承的研究

发布时间：2020-03-31 19:36

【摘要】：本文研究了无传感器磁悬浮轴承系统的基本原理、闭环系统的数学模型及其稳定性。研究了转子位移无传感器检测的两种方法,即小信号注入测试法和差动变压器测试法。在磁悬浮轴承的电磁铁上绕一组线圈,这组线圈既是产生磁悬浮力的励磁线圈,又是提取转子位移信号的感应线圈,在功率放大器的输入端加入小幅值信号作为载波测试信号,从线圈两端电压中提取含有转子位移变化信息的电压载波分量,通过位移检测电路解调得到与转子位移成比例的电压信号。对无传感器磁悬浮轴承系统进行了仿真实验,设计制作了无传感器位移检测电路和线性功率放大器。实验结果表明,利用磁悬浮轴承的励磁线圈可以检测出转子的位移信号,不需要设计专门的位移传感器。本文设计加工了一套单自由度的无传感器磁悬浮轴承系统,应用本文研究的小信号注入测试法得到了转子的位移信号,成功的实现了单自由度无传感器磁悬浮轴承静态悬浮。
【图文】：

结构图,径向电磁轴承,结构图,磁场

无传感器磁轴承系统在某一自由度上采用差动工作方式，根据线圈的绕不同，可分为两大类：磁场叠加式与电流叠加式[21]。磁场叠加式就是将线圈分为偏置线圈和控制线圈，其中通过的电流分别置电流和控制电流。某一气隙中的磁场是由与分别产生磁场后叠成的合成磁场，，如图 2.5 所示，可由恒流源提供，产生偏置磁场。在线圈两端的控制电压提供，产生控制磁场。控制电压是由系统扰动力与扰动位移量的大小和方向而产生的。0IdI0IdI0I0BdIdUdBdUdx

模型图,开环系统,单自由度,模型

图 2.7 单自由度无传感器磁轴承系统开环系统模型将方程（2-5）的两边进行拉氏变换后可得：( ) ( ) ( ) ( )FsmsXsKIsKXsix==+2（2-6）以 I(s)为系统的输入，Z(s)为系统的输出，则得到单自由度无传感器磁轴系统的传递函数为：( )( )20202()sPKmsKKIsZsGsxi = = =（2-7）上式中mKKi= 0，mKPx=20开环系统的特征方程为： 0（2-8）202s P=则0s =±P从上式可知系统有一个极点在复平面的右半平面，根据系统稳定的充分和必要条件：系统特征方程式所有根的实数部分均落在复平面的左半平面，故单自由度无传感器磁轴承系统是不稳定的。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH133.3

【引证文献】