磁悬浮轴承控制系统研究

发布时间：2017-08-04 12:35

  本文关键词：磁悬浮轴承控制系统研究

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【摘要】：磁悬浮轴承是利用电磁力的作用使转子悬浮在空中,从而实现非接触支承的一种新型轴承。电磁轴承的基本功能是通过对轴承转子进行无接触、无润滑、无磨损的悬浮支承。未来高速旋转机构支承轴承主要研究方向是磁悬浮轴承。 磁悬浮轴承由电控系统和机械系统两大部分组成。电控系统是磁悬浮轴承系统的关键部分,它主要由传感器、控制器及功率放大器组成。本文主要以电控系统为研究对象,对电控系统的各部分进行了深入的研究。 本文从磁悬浮轴承系统的基本工作原理出发,分析电控系统各部分的作用。在此基础上,先对电涡流传感器进行了研究,重点研究了电涡流线圈及电涡流传感器测量电路。通过分析涡流传感器的原理,研究了探头线圈结构对传感器性能的影响,并设计了一批实验用电涡流探头。根据磁悬浮轴承的特点,对电涡流位移传检测电路进行优化设计。通过分析影响电涡流传感器稳定性的因素,采取一系列的相应措施提高电涡流传感器的性能。其次对PID控制器和PWM功率放大器进行了研究。设计了PID控制器和功率放大器的硬件电路,通过实验发现控制系统存在的不足,对控制系统的不足之处进行优化。在此基础上,设计了一套机械结构用来固定轴承和安装传感器。为满足多自由度磁悬浮轴承系统的需要,本文设计了一套多路输出的直流电源供磁悬浮轴承系统使用。最后通过实验调试,给出在线整定PID控制器参数的方法,通过调试使磁悬浮轴承稳定。
【关键词】：磁悬浮轴承 电涡流传感器 电感线圈 PID控制器 功率放大器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 磁悬浮轴承概述7-8
• 1.1.1 磁悬浮轴承特点7
• 1.1.2 磁悬浮轴承的分类7-8
• 1.2 磁悬浮国内外发展状况8-9
• 1.2.1 国外发展状况8-9
• 1.2.2 国内发展状况9
• 1.3 磁悬浮发展趋势9-10
• 1.4 课题的主要工作内容10-12
• 2 磁悬浮轴承系统的总体设计12-24
• 2.1 磁悬浮轴承系统简介12-14
• 2.2 磁悬浮轴承系统的数学模型14-19
• 2.3 位移检测技术研究19-21
• 2.3.1 位移检测的作用和要求19-20
• 2.3.2 位移传感器类型选择20-21
• 2.4 控制器研究21-22
• 2.5 功率放大器研究22-24
• 3 位移检测系统设计24-41
• 3.1 电涡流传感器工作原理24
• 3.2 传感器探头设计24-26
• 3.2.1 探头的结构设计24-25
• 3.2.2 探头骨架材料选择25-26
• 3.3 传感器探头线圈设计26-30
• 3.3.1 探头线圈参数对位移检测性能的影响26-28
• 3.3.2 探头线圈的结构参数设计28-30
• 3.4 位移检测电路设计30-37
• 3.4.1 位移检测电路的工作原理31
• 3.4.2 检测线圈谐振电路31-32
• 3.4.3 激励信号源设计32-35
• 3.4.4 全波检波电路35
• 3.4.5 放大电路35-37
• 3.4.6 位移检测电路的稳定性分析37
• 3.5 位移检测系统的性能测试37-41
• 4 磁悬浮轴承控制系统设计41-55
• 4.1 控制系统组成及工作原理41-42
• 4.2 功率放大器设计42-47
• 4.2.1 功率放大器原理42-44
• 4.2.2 功率放大器结构形式44
• 4.2.3 功率放大器硬件设计44-47
• 4.3 控制器设计47-53
• 4.3.1 PID控制器算法简述47-49
• 4.3.2 控制整定方法研究49-50
• 4.3.3 控制器硬件设计50-53
• 4.4 电源电路设计53-55
• 5 磁悬浮轴承系统测试55-64
• 5.1 传感器的安装55-56
• 5.2 径向磁悬浮轴承接线56-57
• 5.3 磁悬浮轴承控制系统测试57-60
• 5.3.1 轴向磁悬浮轴承控制系统测试57-59
• 5.3.2 径向磁悬浮轴承控制系统测试59-60
• 5.4 磁悬浮轴承剩磁研究60-64
• 5.4.1 剩磁的产生及影响60-61
• 5.4.2 磁悬浮轴承退磁61-62
• 5.4.3 逆变电路设计分析62-64
• 6 总结64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张冈,周祖德,陈幼平;有源磁悬浮中的位移传感器研究[J];机械与电子;2003年02期

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5 吴振阔;张亮;张波;;PID参数整定和优化[J];中国高新技术企业;2010年22期

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本文编号：619635