磁轴承系统的分析与控制

发布时间：2020-06-23 08:35

【摘要】： 磁悬浮轴承是一种没有任何机械接触的新型高性能轴承,它从根本上改变了传统的支承形式。磁轴承在工业控制、超高速、精密加工、航空航天、机器人、能源、交通等高科技领域都有广泛的应用背景。它具有回转精度高、功耗低、刚度高、寿命长等一系列独特的优点,因此近年来对其研究颇为重视。磁悬浮轴承技术涉及多个领域,多项技术的交织,研究和开发利用的难度较大,对其研究力度正在进一步加强。经过30多年的发展,磁悬浮轴承在国外的应用场合进一步扩大,从应用角度看,在高速旋转和相关高精度的应用场合磁悬浮轴承具有极大的优势并已逐渐成为应用研究的主流。磁轴承实验系统包括单入单出系统辨识、多入多出系统辨识、经典控制器设计、线性反馈系统、非线性控制综合、多变量控制综合以及自适应控制设计。 本文介绍了电磁轴承的现状及发展趋势,阐述了电磁轴承工作的基本原理和当前的一些控制方法。在认为水平方向与竖直方向解耦的情况下,利用状态空间法对磁轴承实验系统的数学模型进行分析。考虑到机理建模时忽略了转子的柔性,传感器、电流放大器以及悬浮力的非线性,所得到的模型是不完全的,利用了系统辨识的办法来研究系统模型。由于转子的柔性、作用于转子上的电磁力关于位移和控制电流的非线性引起了转子谐振,本文对最大谐振进行了简单的滤波处理。并设计了一个二阶滤波器。磁轴承系统是一个不稳定的机电系统,设计控制器使其稳定是必要的。磁轴承具有四路补偿器,利用实验系统的三路补偿器对系统进行单入单出设计。在进行控制器设计的过程中,首先是在利用实验系统部分控制器的基础上进行的。通过对系统模型的分析,采用了常用的含微分环节的超前校正。在单入单出的基础上,考虑水平方向与竖直方向解耦,可采用分散控制的办法,考虑到频域法的直观性,以水平方向为例尝试了多入多出的设计。 本文在控制器的设计上选用了四种方法进行,分别是SISO磁轴承系统的古典控制设计,SISO磁轴承系统的现代控制设计,磁轴承的MIMO设计,含补偿器的输出反馈设计。并分析了各自的优缺点,对系统整体有个较好的比较。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH133.3
【图文】：

（电 磁铁与转子）控制器轴承传感器E1E+++功率放大器图 2.3 轴承控制系统简图Fig.2.3 diagram of bearing control system悬浮轴承研究领域主要以主动的直流控制式磁悬的直流控制式磁悬浮轴承的工作原理示意图。

图 2.5 磁轴承系统结构图Fig.2.5 Block diagram of magnetic bearing system该系统包含可在电磁铁下悬浮的不锈钢轴（转子）、霍尔效应传感器、放大器。转子每一端有二自由度，这两个自由度是垂直于 Z 轴的水平方x1，x2）和垂直方向平移（y1，y2）。如图 2.6 所示。下面将介绍磁轴承的部分结构的模型及参数。当然这些模型是名义上的一些指导，系统辨识是确定系统精确模型的最佳途径，其可推广到对非的描述[19，20]。X1 电磁铁

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本文编号：2727080