磁力轴承的动力学特性及控制研究

发布时间：2020-04-11 07:11

【摘要】： 磁力轴承是一种典型的机电一体化产品，是支承领域的重要变革，它具有深远的意义和广泛的应用前景，其实用价值不可估量，具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命长等一系列传统的滚动轴承和滑动轴承所无法比拟的优点。随着磁力轴承技术逐渐被人们认识和掌握，磁力轴承已广泛应用于航空航天、真空技术、机床与高速旋转机械、能源交通等领域。磁力轴承技术是一种高新技术，其研究涉及到电磁学、控制理论、机械学、转子动力学以及计算机科学等多个学科的知识。其中，磁力轴承控制器的研究是其中至关重要的一环，控制器性能的好坏直接影响到磁力轴承的动态性能和转子的回转精度。 本文首先以传统转子动力学的有关理论为基础，推导出轴承-刚性转子系统和轴承-柔性转子系统的运动方程。接着，阐述了磁力轴承的差动驱动控制系统的基本原理，对系统电磁力进行分析和线性化处理，推导出单自由度磁力轴承的等效刚度和阻尼计算公式，并以此为基础，详细推导了完整的磁力轴承动力特性系数的计算公式。然后，分别对磁力轴承刚性转子系统和磁力轴承柔性转子系统进行了数学建模，并用Riccati传递矩阵法结合磁力轴承的有关特点，建立了磁力轴承柔性转子系统的动力学特性计算和分析方法。最后，采用Matlab就无惯性环节和有惯性环节系统的PD和PID法控制效果进行仿真比较，给出了系统动态控制响应曲线图，分析了PID控制器参数对控制系统的动态性能影响。 通过本文的研究，得到以下主要结论：磁力轴承的动力特性系数可以由八个等效的刚度阻尼系数来表示，这八个等效的动力特性系数与轴承的结构参数、控制器的控制参数密切相关。仿真分析结果表明通过适当选取PID控制器的比例系数K_p、积分系数K_i、微分系数K_d可以较好地实现控制目标。
【图文】：

就要求有两个径向磁力轴承(分别构成x、y两个方向)和一个轴向推力磁力轴承(z方向)，径向轴承支承转子重量并控制径向位移，，轴向轴承限制转子的轴向位移。由此构成的典型的五自由度磁力轴承转子系统如图2一1所示，该系统主要由传感器及信号前置处理单元、调节控制单元、执行单元以及轴承转子结构等部分组成。/爵泉携杂\接鑫霆三三然进 进 进进进进进进 lllllll赛乡经 经 息 息 息 息息息息息息 息 息 111111111 lllllllll卜卜漪澎多多 多矛拼忍 忍 图2一1五自由度磁力轴承转子系统

在解祸的情况下，磁力轴承转子系统各方向上的控制回路无根本差别，因此，在分析其系统的工作原理时，选取任意一个自由度为研究对象，即所谓的单自由度轴承转子系统。如图2一2所示，是一个典型的主动磁力轴承转子系统工作原理图。由图可知，系统由转子、电磁铁、传感器、控制器、功率放大器挖制器门曰口?砖感器图2一2磁力轴承转子系统原理图等部分组成。转子在任意时刻的位置信号由传感器拾取，并将经过处理的信号送往控制器，控制器根据反馈信号产生相应的控制信号，然后由功率放大器将控制信号转换为足够大的控制电压或控制电流，以驱动执行机构即电磁铁产生相应的回复力迫使转子回复到平衡位置，实现转子在无接触状态下的稳定悬浮。2.2磁力轴承的结构电磁铁的几何尺寸、磁极的结构安排、线圈的参数等诸因素，都将对磁力轴承的承载能力产生不同的影响。径向磁力轴承的周向布置结构形式和电机定子相仿
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH133.3

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 梁永梅;周太全;华渊;;客运专线下承式系杆拱桥动力学分析[J];山西建筑;2011年25期

2 彭利平;刘初升;;3自由度振动筛动力学建模及固有频率分析[J];机械设计;2011年08期

3 李红伟;刘淑琴;于文涛;范友鹏;;电涡流传感器检测磁悬浮转子轴向位移的方法[J];仪器仪表学报;2011年07期

4 王平;王杰民;刘红玫;王谦;;黄土层下覆强风化岩动弹性模量和阻尼比试验研究[J];西北地震学报;2011年03期

5 吴凌慧;李涛;任国静;刘柏青;张枫;高明珠;;加速度传感器壳体结构的动力学特性分析[J];仪表技术;2011年07期

6 戴继双;马辉;李朝峰;闻邦椿;;含增速齿轮的转子系统固有特性研究[J];东北大学学报(自然科学版);2011年09期

7 梅元颖;徐玉秀;王志强;;长度分形的风力机叶片在线检测与故障诊断[J];风机技术;2011年03期

8 谢祖芳;朱万仁;陈渊;晏全;周振;何雪玲;;强碱性阴离子交换树脂对苦味酸的吸附与解吸性能[J];化工环保;2011年02期

9 徐玲君;陈刚;邵建斌;薛阳;;静水中单个气泡的动力学特性数值模拟[J];长江科学院院报;2011年09期

10 李玉龙;;齿轮泵困油及困油模型的研究进展[J];成都大学学报(自然科学版);2011年02期

相关会议论文 前10条

1 顾本源;王雪华;;赝带隙光子晶体中原子集合的自发辐射动力学特性[A];第十届全国量子光学学术报告会论文论文集[C];2002年

2 李莹;程昌钧;;非线性孔隙热弹性板的变分原理和动力学特性[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

3 严世榕;郭长福;;汽车转弯制动过程动力学仿真[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年

4 汪中厚;赵守振;龚伟;久保爱三;;基于虚拟样机的摩托赛车发动机动力学性能仿真技术[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年

5 李宇燕;黄协清;;金属橡胶材料的本构关系及动力学特性研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年

6 何玉发;刘清友;;深井注入管柱力学行为研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

7 姚学锋;杨桂;姚振汉;戴福隆;方竞;;先进复合材料自行车架的动力学特性分析[A];第六届全国结构工程学术会议论文集（第三卷）[C];1997年

8 王子建;何俊佳;尹小根;边凯;张汉明;;电磁斥力机构的动力学特性仿真与实验研究[A];第一届电器装备及其智能化学术会议论文集[C];2007年

9 史宝军;李鸿秋;宋世军;王积永;;硬盘磁头磁盘系统的非线性简化模型及其运动特性分析[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

10 顾建青;唐文献;谢心意;;基于ADAMS的断路器分闸过程悬臂动力学特性分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

相关重要报纸文章 前10条

1 中国电力科学研究院电测量所所长 宗建华;好电表：方便又节能[N];中国质量报;2004年

2 刘小娜;千台数控增效工程测评在云马启动[N];中国航空报;2008年

3 本报记者　张晔 王燕宁;硬理论在这里软着陆[N];科技日报;2006年

4 记者　 吴长锋;银河系可能诞生于宇宙早期[N];科技日报;2006年

5 王迪;对新型辅料进行毒理学试验[N];医药经济报;2007年

6 胡清禾 李俊明;国产电表瞄准高端市场[N];中国质量报;2004年

7 北京安贞医院心内科教授 陈韵岱邋罗刚;心梗 请选低分子肝素抗凝[N];健康报;2007年

8 本报记者 余岸木;受教育 长才干 作贡献[N];贵阳日报;2007年

9 记者 冯卫东;美科学家提出DNA重组研究新方法[N];科技日报;2007年

10 记者 张绍刚;我国最大浮选机问世[N];中国有色金属报;2008年

相关博士学位论文 前10条

1 赵荣国;楔环连接结构静力接触行为与动力学特性研究[D];中国工程物理研究院;2004年

2 王天煜;高速永磁电机转子综合设计方法及动力学特性的研究[D];沈阳工业大学;2010年

3 库少平;磁力轴承故障诊断的相关理论与实验研究[D];武汉理工大学;2005年

4 王瑞林;大口径机枪动力学特性与射击精度研究[D];南京理工大学;2003年

5 罗强;高速铁路路桥过渡段动力学特性分析及工程试验研究[D];西南交通大学;2003年

6 丁国平;磁力轴承电磁场的相关理论和实验研究[D];武汉理工大学;2008年

7 马孝琴;生物质（秸秆）成型燃料燃烧动力学特性及液压秸秆成型机改进设计研究[D];河南农业大学;2002年

8 李松波;车辆排气系统振动建模与动力学特性研究[D];上海交通大学;2008年

9 王海民;非牛顿流体中蛋白质气泡有限变形的动力学特性研究[D];复旦大学;2008年

10 张淑君;气泡动力学特性的三维数值模拟研究[D];河海大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈宇;微型燃气轮机—高速发电机转子动态特性分析[D];沈阳工业大学;2007年

2 李伟;船用喷气式推进器结构原型及其动力特性[D];哈尔滨理工大学;2005年

3 沈海涛;动圈型直线压缩机原理性样机的优化与设计[D];浙江大学;2006年

4 刘彬;海水提取硝酸钾200吨/年中试相关离子交换动力学特性研究[D];河北工业大学;2005年

5 盛军;BSA动物免疫过程抗原抗体亲和动力学特性的研究[D];福州大学;2005年

6 颜士伟;数控辗环机的动力学建模及仿真[D];武汉理工大学;2006年

7 曾艳;生物质及其气化焦油的热解及动力学特性与机理[D];重庆大学;2008年

8 黄婷;光场中运动的纠缠态原子的动力学特性[D];安徽大学;2002年

9 戴义贵;步进运动链动力学实验研究[D];天津大学;2005年

10 马永寿;冰箱压缩机驱动用动磁式直线振荡电机研究[D];浙江大学;2006年

本文编号：2623300