磁液双悬浮轴承解耦控制研究
发布时间：2021-10-12 07:11
磁液双悬浮轴承是一种以电磁悬浮为主,静压支承为辅的新型轴承,能够大幅度提高承载能力及刚度。但由于液体静压系统特性为小间隙、强阻尼、正刚度、斥力型,而电磁悬浮系统特性为大气隙、弱阻尼、负刚度、吸力型,因此工作时势必会相互耦合,大幅降低了系统的运行稳定性。因此本文拟对磁液双悬浮轴承的耦合特性进行研究,揭示其耦合产生机理并设计解耦控制器。本文主要研究内容如下:（1）针对该磁液双悬浮轴承支承时会产生耦合的问题,本文根据物理模型的受力形式、麦克斯韦电磁悬浮理论以及静压轴承支承理论,推导出了单/多自由度磁液双悬浮轴承的数学模型,为后续系统解耦研究提供理论基础。（2）建立单自由度磁液双悬浮轴承的传递函数,通过Bristol矩阵判定其存在严重耦合。通过采用类前馈解耦、对角阵解耦方法进行了解耦器的设计。通过Simulink模块对各种解耦器的性能进行了结果仿真验证与比较。（3）针对于磁液双悬浮轴承的多自由度空间耦合问题,本文选用了状态反馈解耦作为多自由度解耦器的设计方法。通过对多自由度数学模型分析,构建了系数变换矩阵以及状态反馈控制律。经过仿真从理论上验证了解耦器具有良好的解耦效果。（4）对于解耦后的系统...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外超精
燕山大学工学硕士学位论文-4-运行稳定性以及可靠性，因此本文拟研究单自由度以及多自由度的磁液双悬浮轴承的耦合特性，揭示其耦合力、耦合关系的产生机理并按要求设计解耦器以及控制器。1.2国内外现状1.2.1磁悬浮支承技术磁悬浮理论最早起源于1842年英国剑桥大学的恩休(S.Earnshaw)教授证明的单靠永磁铁是不能保持物体在空间六个自由度上都保持稳定悬浮理论[13]。20世纪中期发过Hispano-Suiza公司提出了利用电磁铁和传感器组成主动全悬浮系统的设想，标志着现代磁悬浮技术的开始[14]。随后随着电子技术的发展和完善，法国、美国、日本等发达国家也相继投入到了磁悬浮列车以及磁悬浮轴承研究行列。从1969年，法国的军部科研实验室(LRBA)已经开始了磁悬浮轴承相关技术的研究；时隔三年后，在卫星导向轮的支撑上第一次真正采用了磁悬浮轴承技术，揭开了磁悬浮轴承发展的序幕。此后，磁悬浮技术很快被应用到国防、航天等各个领域。并且对于磁悬浮轴承的研究也产生了许多阶段性成果，比如由NASA公司研制的高速磁悬浮姿控储能飞轮系统G2(如图1-3)的问世、法国的SPOT-1卫星控制的磁悬浮飞轮以及瑞士研制的磁悬浮反作用球，其中反作用飞轮与控制力矩陀螺(三自由度的控制矩)是它的设计亮点[15]，如图1-4所示。图1-3储能飞轮系统G2图1-4磁悬浮反作用球到达20世纪末，美国的Virgin等学者发现了系统势能与集合耦合参数之间的两种影响关系。通过引入理论刚度和非线性刚度，研究了二自由度电磁轴承系统的非线性运动特性。随后，瑞士联邦理工学院提出了要针对于柔性转子问题进行的研究思路，日本的千叶工业大学对该问题进行了深入剖析，提出了像是非线性控制、H控制、模糊控制等多种控制方式。2016年，Noshadi针对磁悬浮轴承高速转速工况下，
燕山大学工学硕士学位论文-4-运行稳定性以及可靠性，因此本文拟研究单自由度以及多自由度的磁液双悬浮轴承的耦合特性，揭示其耦合力、耦合关系的产生机理并按要求设计解耦器以及控制器。1.2国内外现状1.2.1磁悬浮支承技术磁悬浮理论最早起源于1842年英国剑桥大学的恩休(S.Earnshaw)教授证明的单靠永磁铁是不能保持物体在空间六个自由度上都保持稳定悬浮理论[13]。20世纪中期发过Hispano-Suiza公司提出了利用电磁铁和传感器组成主动全悬浮系统的设想，标志着现代磁悬浮技术的开始[14]。随后随着电子技术的发展和完善，法国、美国、日本等发达国家也相继投入到了磁悬浮列车以及磁悬浮轴承研究行列。从1969年，法国的军部科研实验室(LRBA)已经开始了磁悬浮轴承相关技术的研究；时隔三年后，在卫星导向轮的支撑上第一次真正采用了磁悬浮轴承技术，揭开了磁悬浮轴承发展的序幕。此后，磁悬浮技术很快被应用到国防、航天等各个领域。并且对于磁悬浮轴承的研究也产生了许多阶段性成果，比如由NASA公司研制的高速磁悬浮姿控储能飞轮系统G2(如图1-3)的问世、法国的SPOT-1卫星控制的磁悬浮飞轮以及瑞士研制的磁悬浮反作用球，其中反作用飞轮与控制力矩陀螺(三自由度的控制矩)是它的设计亮点[15]，如图1-4所示。图1-3储能飞轮系统G2图1-4磁悬浮反作用球到达20世纪末，美国的Virgin等学者发现了系统势能与集合耦合参数之间的两种影响关系。通过引入理论刚度和非线性刚度，研究了二自由度电磁轴承系统的非线性运动特性。随后，瑞士联邦理工学院提出了要针对于柔性转子问题进行的研究思路，日本的千叶工业大学对该问题进行了深入剖析，提出了像是非线性控制、H控制、模糊控制等多种控制方式。2016年，Noshadi针对磁悬浮轴承高速转速工况下，
【参考文献】：
期刊论文
[1]恒流开式液体静压支承动力学建模及参数辨识方法[J]. 李新广,毛宽民,甘士瑜,杜义康. 机床与液压. 2019(17)
[2]基于PM流量控制器的闭式液体静压转台的静动态特性分析[J]. 付延军,洪学明,王德智,黄威. 机械设计. 2018(S1)
[3]汽车自动变速器箱体加工用组合机床研究[J]. 余阿东,蒲生. 机床与液压. 2018(08)
[4]磁液悬浮式人工辅助心脏系统的研究[J]. 姜洋,许剑,范庆麟,吴文晋,张栩曼. 北华航天工业学院学报. 2017(06)
[5]超导磁力与静压液膜力复合轴承的静动特性分析[J]. 陈润霖,许吉敏,卫洋洋,袁小阳. 摩擦学学报. 2016(05)
[6]基于N-S方程的抽水蓄能机组推力轴承润滑特性研究[J]. 周东岳,周攀,秦俊,周喜军. 水电与抽水蓄能. 2016(01)
[7]小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性解析研究[J]. 孟曙光,熊万里,王少力,吕浪,郑良钢. 机械工程学报. 2015(22)
[8]静压支承导轨密封边的油膜特性[J]. 叶仪,殷晨波,贾文华,周玲君. 中南大学学报(自然科学版). 2015(09)
[9]Numerical Simulation and Experimental Study of Heat-fluid-solid Coupling of Double Flapper-nozzle Servo Valve[J]. ZHAO Jianhua,ZHOU Songlin,LU Xianghui,GAO Dianrong. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(05)
[10]磁液悬浮离心式心室辅助装置实验研究[J]. 刘天文,张杰民,刘志刚,刘晓程. 中华生物医学工程杂志. 2015 (03)
博士论文
[1]流体静压支承对超精密金刚石车床动态特性影响的研究[D]. 侯国安.哈尔滨工业大学 2013
[2]流体动力润滑及轴承转子系统的稳定性研究[D]. 杨金福.华北电力大学（北京） 2006
硕士论文
[1]单自由度磁液双悬浮轴承系统控制策略研究[D]. 陈涛.燕山大学 2019
[2]静动压混合式静压支承综合润滑性能研究[D]. 左旭.哈尔滨理工大学 2019
[3]磁液双悬浮系统耦合承载力模型及支承性能研究[D]. 张斌.燕山大学 2018
[4]空间磁悬浮转子不平衡振动补偿研究[D]. 原超.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于代理模型的大型球磨机静压轴承结构优化[D]. 张凯.吉林大学 2016
[6]多变量线性控制系统解耦与控制方法的仿真[D]. 刘召娜.中国石油大学 2010
[7]多变量耦合系统的解耦控制设计和仿真[D]. 隆媛媛.广西师范大学 2010
[8]主动磁悬浮力耦合的软件解耦及其控制系统研究[D]. 刘雪冬.武汉理工大学 2003
本文编号：3432114
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外超精
燕山大学工学硕士学位论文-4-运行稳定性以及可靠性，因此本文拟研究单自由度以及多自由度的磁液双悬浮轴承的耦合特性，揭示其耦合力、耦合关系的产生机理并按要求设计解耦器以及控制器。1.2国内外现状1.2.1磁悬浮支承技术磁悬浮理论最早起源于1842年英国剑桥大学的恩休(S.Earnshaw)教授证明的单靠永磁铁是不能保持物体在空间六个自由度上都保持稳定悬浮理论[13]。20世纪中期发过Hispano-Suiza公司提出了利用电磁铁和传感器组成主动全悬浮系统的设想，标志着现代磁悬浮技术的开始[14]。随后随着电子技术的发展和完善，法国、美国、日本等发达国家也相继投入到了磁悬浮列车以及磁悬浮轴承研究行列。从1969年，法国的军部科研实验室(LRBA)已经开始了磁悬浮轴承相关技术的研究；时隔三年后，在卫星导向轮的支撑上第一次真正采用了磁悬浮轴承技术，揭开了磁悬浮轴承发展的序幕。此后，磁悬浮技术很快被应用到国防、航天等各个领域。并且对于磁悬浮轴承的研究也产生了许多阶段性成果，比如由NASA公司研制的高速磁悬浮姿控储能飞轮系统G2(如图1-3)的问世、法国的SPOT-1卫星控制的磁悬浮飞轮以及瑞士研制的磁悬浮反作用球，其中反作用飞轮与控制力矩陀螺(三自由度的控制矩)是它的设计亮点[15]，如图1-4所示。图1-3储能飞轮系统G2图1-4磁悬浮反作用球到达20世纪末，美国的Virgin等学者发现了系统势能与集合耦合参数之间的两种影响关系。通过引入理论刚度和非线性刚度，研究了二自由度电磁轴承系统的非线性运动特性。随后，瑞士联邦理工学院提出了要针对于柔性转子问题进行的研究思路，日本的千叶工业大学对该问题进行了深入剖析，提出了像是非线性控制、H控制、模糊控制等多种控制方式。2016年，Noshadi针对磁悬浮轴承高速转速工况下，
燕山大学工学硕士学位论文-4-运行稳定性以及可靠性，因此本文拟研究单自由度以及多自由度的磁液双悬浮轴承的耦合特性，揭示其耦合力、耦合关系的产生机理并按要求设计解耦器以及控制器。1.2国内外现状1.2.1磁悬浮支承技术磁悬浮理论最早起源于1842年英国剑桥大学的恩休(S.Earnshaw)教授证明的单靠永磁铁是不能保持物体在空间六个自由度上都保持稳定悬浮理论[13]。20世纪中期发过Hispano-Suiza公司提出了利用电磁铁和传感器组成主动全悬浮系统的设想，标志着现代磁悬浮技术的开始[14]。随后随着电子技术的发展和完善，法国、美国、日本等发达国家也相继投入到了磁悬浮列车以及磁悬浮轴承研究行列。从1969年，法国的军部科研实验室(LRBA)已经开始了磁悬浮轴承相关技术的研究；时隔三年后，在卫星导向轮的支撑上第一次真正采用了磁悬浮轴承技术，揭开了磁悬浮轴承发展的序幕。此后，磁悬浮技术很快被应用到国防、航天等各个领域。并且对于磁悬浮轴承的研究也产生了许多阶段性成果，比如由NASA公司研制的高速磁悬浮姿控储能飞轮系统G2(如图1-3)的问世、法国的SPOT-1卫星控制的磁悬浮飞轮以及瑞士研制的磁悬浮反作用球，其中反作用飞轮与控制力矩陀螺(三自由度的控制矩)是它的设计亮点[15]，如图1-4所示。图1-3储能飞轮系统G2图1-4磁悬浮反作用球到达20世纪末，美国的Virgin等学者发现了系统势能与集合耦合参数之间的两种影响关系。通过引入理论刚度和非线性刚度，研究了二自由度电磁轴承系统的非线性运动特性。随后，瑞士联邦理工学院提出了要针对于柔性转子问题进行的研究思路，日本的千叶工业大学对该问题进行了深入剖析，提出了像是非线性控制、H控制、模糊控制等多种控制方式。2016年，Noshadi针对磁悬浮轴承高速转速工况下，
【参考文献】：
期刊论文
[1]恒流开式液体静压支承动力学建模及参数辨识方法[J]. 李新广,毛宽民,甘士瑜,杜义康. 机床与液压. 2019(17)
[2]基于PM流量控制器的闭式液体静压转台的静动态特性分析[J]. 付延军,洪学明,王德智,黄威. 机械设计. 2018(S1)
[3]汽车自动变速器箱体加工用组合机床研究[J]. 余阿东,蒲生. 机床与液压. 2018(08)
[4]磁液悬浮式人工辅助心脏系统的研究[J]. 姜洋,许剑,范庆麟,吴文晋,张栩曼. 北华航天工业学院学报. 2017(06)
[5]超导磁力与静压液膜力复合轴承的静动特性分析[J]. 陈润霖,许吉敏,卫洋洋,袁小阳. 摩擦学学报. 2016(05)
[6]基于N-S方程的抽水蓄能机组推力轴承润滑特性研究[J]. 周东岳,周攀,秦俊,周喜军. 水电与抽水蓄能. 2016(01)
[7]小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性解析研究[J]. 孟曙光,熊万里,王少力,吕浪,郑良钢. 机械工程学报. 2015(22)
[8]静压支承导轨密封边的油膜特性[J]. 叶仪,殷晨波,贾文华,周玲君. 中南大学学报(自然科学版). 2015(09)
[9]Numerical Simulation and Experimental Study of Heat-fluid-solid Coupling of Double Flapper-nozzle Servo Valve[J]. ZHAO Jianhua,ZHOU Songlin,LU Xianghui,GAO Dianrong. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(05)
[10]磁液悬浮离心式心室辅助装置实验研究[J]. 刘天文,张杰民,刘志刚,刘晓程. 中华生物医学工程杂志. 2015 (03)
博士论文
[1]流体静压支承对超精密金刚石车床动态特性影响的研究[D]. 侯国安.哈尔滨工业大学 2013
[2]流体动力润滑及轴承转子系统的稳定性研究[D]. 杨金福.华北电力大学（北京） 2006
硕士论文
[1]单自由度磁液双悬浮轴承系统控制策略研究[D]. 陈涛.燕山大学 2019
[2]静动压混合式静压支承综合润滑性能研究[D]. 左旭.哈尔滨理工大学 2019
[3]磁液双悬浮系统耦合承载力模型及支承性能研究[D]. 张斌.燕山大学 2018
[4]空间磁悬浮转子不平衡振动补偿研究[D]. 原超.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于代理模型的大型球磨机静压轴承结构优化[D]. 张凯.吉林大学 2016
[6]多变量线性控制系统解耦与控制方法的仿真[D]. 刘召娜.中国石油大学 2010
[7]多变量耦合系统的解耦控制设计和仿真[D]. 隆媛媛.广西师范大学 2010
[8]主动磁悬浮力耦合的软件解耦及其控制系统研究[D]. 刘雪冬.武汉理工大学 2003
本文编号：3432114
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