磁悬浮系统主轴的动态特性分析及PID控制器参数的优化

发布时间：2020-06-20 20:17

【摘要】： 主动磁轴承是一种典型的机电一体化产品，是一种新型的高性能支承部件。其具有无摩擦、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。随着主动磁轴承技术逐渐被人们认识和掌握，主动磁轴承将广泛的应用于以下领域：航空航天领域、真空技术领域、机床与高速旋转机械、能源交通等。 然而，目前在主动磁轴承研究中存在着一个突出问题，即在研究主动磁轴承控制系统时，往往将主轴作为刚体处理，而在研究磁悬浮转子的动力学特性时，将支承按刚性处理。主动磁轴承是典型的机电一体化产品，磁悬浮控制系统是为磁悬浮转子系统提供合适的支承阻尼和刚度，磁悬浮转子的动态特性是转子结构动态特性和主动磁轴承特性共同作用的结果。 本文在分析主动磁轴承工作原理的基础上，分别建立了刚性、柔性转子系统的数学模型。主动磁轴承支承是弹性的，将主轴分别简化为单圆盘转子、多圆盘转子等进行研究，应用传递矩阵法计算出在支承刚度变化时的转子动态特性、固有频率和振动主模态等特性的变化。提出了磁悬浮控制系统为磁悬浮转子提供合适的支承刚度和阻尼。磁轴承控制系统的参数设计不仅靠控制系统的分析确定，也应考虑磁悬浮转子结构动态特性。 磁轴承控制器的研究是其中至关重要的一环，控制器性能好坏影响到磁轴承的动态性能和转子的回转精度，直接关系到磁轴承能否应用。本文分析了典型PID控制器存在的两个弊端，提出了磁轴承控制器的四种模型。通过对这四种模型的仿真研究，分析了各模型中比例系数、积分时间常数，微分时间常数及局部反馈系数对系统性能的影响，并给出了各参数较为理想的参考值及阶跃响应曲线，仿真结果对制作模拟控制器及数字控制器有一定的借鉴作用。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH133.3
【图文】：

3磁悬浮转子系统动态特性的分析与计算转子系统动态特性的分析与计算主要包括转子固有频率的计算、转子振动模态分析等。本文所采用的磁悬浮轴承转子外观照片如图3.7所示，为了使轴心位置保持在所定的中心处，采用了反馈控制，将一对(水平方向和上下方向各一组)径向磁悬浮轴承分别装在轴的前端和后端。在轴向安装推力磁悬浮轴承，以后端的位置传感器进行反馈控制。在轴的中央装有变频电机。图3.8给出了该磁轴承的具体参数。

【引证文献】

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4 田学良;宋方臻;刘慧;;磁悬浮立式铣床主轴稳态特性[J];济南大学学报(自然科学版);2009年02期

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本文编号：2722917