本文關鍵詞： 混合型磁懸浮軸承 參數(shù)優(yōu)化設計 控制策略 H∞控制方法 開關功放 五相六橋臂 單周期控制　出處：《南京航空航天大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：混合型磁懸浮軸承利用永磁體建立偏置磁場,功率損耗低,體積重量小,將其用于高速電機可使電機獲得更高的轉速與功率密度,在航空航天、機械加工等高速驅動領域具有廣泛的應用前景。本文對適用于高速電機的混合型磁懸浮軸承的參數(shù)設計與優(yōu)化、控制系統(tǒng)的數(shù)字控制策略及其開關功放的數(shù)字控制策略進行了深入研究。本文提出了一種基于漏磁與磁阻系數(shù)迭代計算的磁懸浮軸承參數(shù)設計方法,結合有限元法與解析法,通過迭代算法獲得磁場的磁阻系數(shù)與漏磁系數(shù),提高了參數(shù)的設計精度�；谠摲椒�,設計了一臺混合型三自由度磁懸浮軸承并進行了三維有限元仿真驗證。最終制作了一套基于該磁懸浮軸承的五自由度高速電機磁懸浮軸承實驗樣機,實現(xiàn)了30000 rpm的穩(wěn)定懸浮,驗證了該設計方法的有效性。本文研究了五自由度混合型磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的H∞控制及其優(yōu)化設計策略。根據(jù)奇異值曲線分析加權陣函數(shù)選擇規(guī)律,設計了H∞控制器。與傳統(tǒng)PID控制進行了比較研究,仿真與實驗結果表明H∞控制器能夠有效的抑制系統(tǒng)干擾,具有較強的魯棒穩(wěn)定性。針對H∞混合靈敏度控制器階次高、不利于實際應用的局限,本文利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡函數(shù)逼近的特性,設計了一種簡單的階數(shù)低的磁懸浮軸承H∞優(yōu)化控制器。對設計的H∞優(yōu)化控制器進行了起浮、靜態(tài)懸浮、動態(tài)懸浮及擾動實驗驗證,實驗結果驗證了本文設計的H∞優(yōu)化控制器的優(yōu)越性。本文針對適用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的電流型全橋開關功率放大器,研究了其單周期數(shù)字控制策略。本文分別在單極性與雙極性不同的工作模式下,推導出單周期控制的數(shù)學模型�；跀�(shù)學模型,設計了單周期控制策略,并通過仿真驗證了數(shù)字控制策略的合理性。設計了全橋開關功放的原理樣機,分別對兩種工作模式下的控制策略進行了實驗驗證。采用五相六橋臂結構作為磁懸浮軸承開關功放的主電路,可以進一步降低開關功放的成本以利于磁懸浮軸承的推廣應用。針對五相六橋臂控制算法復雜、五路電流輸出存在耦合的問題,本文提出了一種新型的五相六橋臂開關功放的數(shù)字控制策略,運用單周期控制的思想,固定公共橋臂占空比,進而推導五路負載橋臂開關管的占空比,實現(xiàn)了五路電流的獨立輸出與解耦控制。設計了五相六橋臂開關功放的原理樣機,并進行了實驗驗證,表明本文所提出的控制策略具有控制簡單、響應速度快、控制精度高等特征。
[Abstract]:Hybrid maglev bearings use permanent magnets to establish bias magnetic fields, with low power loss and small volume and weight. The use of hybrid magnetic bearings in high-speed motor can make the motor obtain higher rotational speed and power density in aerospace, The high speed driving field such as machining has a wide application prospect. The parameter design and optimization of hybrid magnetic suspension bearing, which is suitable for high speed motor, is discussed in this paper. The digital control strategy of the control system and the digital control strategy of the switching power amplifier are deeply studied. In this paper, a parameter design method based on the iterative calculation of magnetic flux leakage and magnetoresistive coefficient is proposed, which combines the finite element method and the analytical method. The magnetoresistive coefficient and magnetic flux leakage coefficient of the magnetic field are obtained by iterative method, which improves the design accuracy of the parameters. A hybrid three-degree-of-freedom maglev bearing is designed and verified by three-dimensional finite element simulation. Finally, a set of experimental prototype of 5-DOF high speed motor magnetic suspension bearing based on the magnetic suspension bearing is made, and the stable suspension of 30000 rpm is realized. The effectiveness of the design method is verified. In this paper, the H 鈭，

本文編號：1515834