弱耦合径向磁力轴承冗余控制方法的研究

发布时间：2017-06-02 13:08

  本文关键词：弱耦合径向磁力轴承冗余控制方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：“机电一体化”是结合传统机械工程、电气工程、计算机科学于一体的交叉学科。主动磁力轴承是一个典型的机电一体化系统。与传统机械轴承的区别主要在其能够感知到变化、并通过恰当的信息处理手段得到相应的功能。磁力轴承的工业上的大量应用离不开它的安全性和可靠性，而这两点已经成为了影响其在航空航天等领域继续发展的关键因素。 文中针对执行器冗余的径向磁力轴承做了如下研究工作： 首先，本文介绍了主动磁力轴承故障形式和提高可靠性的措施，以及针对磁力轴承冗余容错方面的国内外发展现状。列写了主动磁力轴承的工作原理以及根据电子元器件可靠性分析了冗余前后系统的可靠性。 其次，给出了偏流线性化方法在12磁极强耦合和弱耦合结构径向磁力轴承中的应用，并推导出了在磁极正常和故障下的电流分配矩阵。针对12磁极弱耦合结构的径向磁力轴承提出了求解电流分配矩阵的新方法力平衡的方法，，并利用ANSYS进行了磁场仿真。从磁感应强度、电流分配矩阵的求解等方面对12磁极强耦合和弱耦合结构的磁力轴承以及偏置电流线性化和力平衡的方法进行了结构与方法的分析比较，得出弱耦合结构力平衡的方法在所研究的失效形式下比强耦合偏流线性化的方法有优势。 接着，在MATLAB/SIMULINK建立了针对偏流线性化和力平衡原理的12磁极结构的仿真模型，并对这两种方法进行了仿真。仿真结果表明两种控制理论都可以对冗余结构的磁力轴承进行控制，力平衡的方法下系统的动态性能优于偏流线性化的方法。 最后，在一个单自由度磁悬浮装置上进行了验证。针对力平衡原理推导了该结构下的电流分配矩阵，实验主要包括衔铁正常起浮、失效下重构，从实验结果上看力平衡的电流重构方法对线圈失效后的重构具有可行性。
【关键词】：弱耦合 力平衡 电流分配矩阵
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-18
• 1.1 主动磁力轴承故障分析9
• 1.2 降低磁力轴承失效风险的措施9-12
• 1.2.1 提高可靠性的措施9-10
• 1.2.2 冗余技术10-12
• 1.3 与本论文相关的国内外发展现状12-16
• 1.3.1 国外发展现状12-15
• 1.3.2 国内的研究现状15-16
• 1.4 本论文研究的目的和意义16-17
• 1.5 本文课题支撑17-18
• 第二章 磁悬浮轴承工作原理及可靠性分析18-28
• 2.1 主动磁力轴承电磁力计算18-21
• 2.2 执行器冗余前后可靠性评价21-27
• 2.2.1 可靠性指标21-22
• 2.2.2 串联系统与并联系统22-24
• 2.2.3 功率放大器可靠度的计算24-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 偏流线性化及力平衡控制的工作原理28-55
• 3.1 磁力轴承结构形式28-29
• 3.2 偏流线性化工作原理介绍29-38
• 3.2.1 偏流线性化基本原理29-30
• 3.2.2 偏置电流线性化方法在磁力轴承中的应用30-37
• 3.2.3 电流分配矩阵的求解37-38
• 3.3 力平衡方法在弱耦合磁力轴承中的应用38-48
• 3.3.1 弱耦合结构中的力平衡控制原理38-39
• 3.3.2 力的分配矩阵及补偿准则39-42
• 3.3.3 力平衡方法下各种故障下电流分配矩阵的求解42-48
• 3.4 ANSYS 磁场仿真48-52
• 3.5 分析比较52-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第四章 力平衡控制的 MATLAB 仿真55-67
• 4.1 弱耦合力平衡 MATLAB 仿真55-59
• 4.1.1 力平衡原理线圈容错控制框图55-57
• 4.1.2 力平衡原理 MATLAB 仿真模型57-59
• 4.2 强耦合偏流线性化 MATLAB 仿真59-60
• 4.2.1 偏流线性化方法线圈容错控制框图59-60
• 4.3 MATLAB 仿真步骤仿真结果及分析60-65
• 4.3.1 MATLAB 仿真步骤60
• 4.3.2 线圈正常下起浮特性60-62
• 4.3.3 无扰动下的失效重构62-63
• 4.3.4 正弦扰动下的失效重构63-65
• 4.4 仿真结论65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 基于力平衡方法重构实验研究67-79
• 5.1 单自由度磁悬浮实验装置67-70
• 5.1.1 实验装置机械结构部分68-69
• 5.1.2 实验装置电子控制部分69-70
• 5.2 力平衡方法下的补偿矩阵70-71
• 5.3 实验过程71-77
• 5.3.1 起浮实验71-75
• 5.3.2 故障切换实验75-77
• 5.3.3 实验结果分析77
• 5.4 本章小结77-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 崔东辉;高可靠磁悬浮轴承系统关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年

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本文编号：415391