【摘要】：主動電磁軸承是機電一體化的復雜控制系統(tǒng),通過可控性的電磁力將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮在期望位置,有一系列傳統(tǒng)軸承無法比擬的優(yōu)勢,如沒有摩擦損耗,不發(fā)熱,無需潤滑且工作壽命長等。所以主動電磁軸承被應用在越來越多的實際工業(yè)設(shè)備上。如何進一步提高運行時的安全性和可靠性是電磁軸承更加廣泛被應用的關(guān)鍵。本文對徑向電磁軸承的冗余結(jié)構(gòu)和容錯控制進行了具體研究。首先,本文概述了磁懸浮軸承的發(fā)展狀況,電磁軸承的故障形式以及冗余容錯控制方面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。著重介紹了電磁軸承系統(tǒng)的基本組成和數(shù)學模型,闡述了電磁軸承的工作原理。并對電磁軸承系統(tǒng)中位移傳感器和功率放大器的冗余結(jié)構(gòu)作了詳細分析,通過仿真對冗余前后系統(tǒng)的可靠性進行了分析對比,驗證了冗余結(jié)構(gòu)的有效性。其次,在基于偏流線性化理論的基礎(chǔ)上,對8磁極強耦合結(jié)構(gòu)和弱耦合結(jié)構(gòu)的徑向電磁軸承進行分析,根據(jù)不同結(jié)構(gòu)下的模型和等效磁路,實現(xiàn)x、y軸方向電磁力的解耦和線性化。搭建了基于RTW的電磁軸承半實物仿真平臺,對仿真模型的建立和dSPACE的應用作了詳細的介紹,并實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子在兩自由度上的穩(wěn)定懸浮,驗證了實驗平臺的良好性能。最后,提出了一種基于最小功耗的多繞組回路容錯控制方法,詳細介紹了最小功耗下電流分配矩陣的求解過程,實現(xiàn)了將故障繞組的電磁力分配到其他正常繞組且所有繞組回路消耗的能量最少。另外,對電磁軸承的故障形式進行歸納總結(jié),列舉了所有可實現(xiàn)容錯控制的基本故障類型。當一個或多個繞組回路故障時,只需求解基本故障類型對應的電流分配矩陣,同種故障類型的電流分配矩陣可根據(jù)坐標變換矩陣和繞組重映射矩陣得到,即可實現(xiàn)同種故障類型下不同故障組合形式的容錯控制。詳細介紹了該方法的設(shè)計和實現(xiàn)過程。利用Smulink仿真對差動控制和該容錯控制方法的能量消耗進行對比分析,通過實驗驗證該容錯方法的有效性。研究結(jié)果表明該方法能有效減少繞組電流的消耗,簡化容錯過程,提高系統(tǒng)的可靠性。
【圖文】：

內(nèi)磁懸浮技術(shù)的蓬勃發(fā)展做出貢獻。1.1.3 電磁軸承的應用電磁軸承由于無摩擦損耗、壽命長等一系列優(yōu)良特性，使其不僅被應用在航空航天、核工業(yè)生產(chǎn)等高端領(lǐng)域，而且在旋轉(zhuǎn)運動的基礎(chǔ)機械工業(yè)方面也得到廣泛應用，如飛輪儲能[15-23]、離心式壓縮機[24-25]、渦輪復合分子泵[26-29]等。早在 2002 年，中國上海就已經(jīng)建成了世界上第一條磁懸浮超導列車。天津飛旋科技自主研發(fā)了磁懸浮復合分子泵，如圖 1.1所示，這是完全國產(chǎn)的擁有全部核心技術(shù)的磁懸產(chǎn)品。億f科技有限公司將 5 自由度主動磁懸浮軸承和高速永磁同步電機相結(jié)合，研制了全球最大 700kW 的磁懸浮離心式鼓風機。由于其節(jié)能高效、低噪音、智能控制等性能優(yōu)勢，該產(chǎn)品被廣泛應用在污水處理、生物發(fā)酵等方面。格力公司也積極投入磁懸浮技術(shù)的研究，推出了磁懸浮變頻離心式冷水機組，其產(chǎn)品以超級省電、超級穩(wěn)定、超級強勁著稱，圖 1.2 為磁懸浮變頻離心式冷水機組的實物圖。

內(nèi)磁懸浮技術(shù)的蓬勃發(fā)展做出貢獻。1.1.3 電磁軸承的應用電磁軸承由于無摩擦損耗、壽命長等一系列優(yōu)良特性，使其不僅被應用在航空航天、核工業(yè)生產(chǎn)等高端領(lǐng)域，而且在旋轉(zhuǎn)運動的基礎(chǔ)機械工業(yè)方面也得到廣泛應用，如飛輪儲能[15-23]、離心式壓縮機[24-25]、渦輪復合分子泵[26-29]等。早在 2002 年，，中國上海就已經(jīng)建成了世界上第一條磁懸浮超導列車。天津飛旋科技自主研發(fā)了磁懸浮復合分子泵，如圖 1.1所示，這是完全國產(chǎn)的擁有全部核心技術(shù)的磁懸產(chǎn)品。億f科技有限公司將 5 自由度主動磁懸浮軸承和高速永磁同步電機相結(jié)合，研制了全球最大 700kW 的磁懸浮離心式鼓風機。由于其節(jié)能高效、低噪音、智能控制等性能優(yōu)勢，該產(chǎn)品被廣泛應用在污水處理、生物發(fā)酵等方面。格力公司也積極投入磁懸浮技術(shù)的研究，推出了磁懸浮變頻離心式冷水機組，其產(chǎn)品以超級省電、超級穩(wěn)定、超級強勁著稱，圖 1.2 為磁懸浮變頻離心式冷水機組的實物圖。
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;TH133.3

【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 崔東輝;高可靠磁懸浮軸承系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 耿青玲;弱耦合徑向磁力軸承冗余控制方法的研究[D];武漢理工大學;2014年

2 黃龍飛;多環(huán)軸向磁力軸承冗余設(shè)計研究[D];武漢理工大學;2014年

本文編號：2639451