【摘要】： 本文在傳統(tǒng)磁懸浮軸承系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出了薄圓盤形轉(zhuǎn)子磁懸浮軸承系統(tǒng)的新型結(jié)構(gòu),此種磁懸浮軸承系統(tǒng)徑向?yàn)槎䝼€(gè)自由度,軸向?yàn)槿齻€(gè)自由度。建立了此系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析了系統(tǒng)五個(gè)自由度之間相互耦合的情況,耦合包括慣性耦合和陀螺效應(yīng)耦合,定量地研究了各個(gè)自由度之間慣性耦合大小和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明:通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)可以減小甚至消除各自由度之間的慣性耦合,而陀螺效應(yīng)耦合是不可避免的。推導(dǎo)出了系統(tǒng)的狀態(tài)方程,采用五路獨(dú)立的PID控制器控制整個(gè)系統(tǒng)。借助于Matlab軟件中的Simulink工具箱對控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究,仿真結(jié)果表明:采用分散控制策略可以使本系統(tǒng)的五個(gè)自由度同時(shí)穩(wěn)定懸浮。設(shè)計(jì)研制了薄圓盤形轉(zhuǎn)子磁懸浮軸承系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái),試驗(yàn)臺(tái)包括薄圓盤形轉(zhuǎn)子、定子、軸向磁懸浮軸承、徑向磁懸浮軸承;并根據(jù)薄圓盤形轉(zhuǎn)子的尺寸設(shè)計(jì)了一臺(tái)適合本系統(tǒng)的盤式電機(jī),以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。對系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究,實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)五個(gè)自由度的穩(wěn)定懸浮和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。目前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速已達(dá)到1800rpm。
【圖文】：

圖 1.1 傳統(tǒng)磁懸浮軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖顯然，在圖 1.1 所示的傳統(tǒng)磁懸浮軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中（圖 1.1 只畫出了 y、z 軸），磁懸浮的轉(zhuǎn)子是一根細(xì)長軸，此系統(tǒng)由一個(gè)軸向磁懸浮軸承和四個(gè)徑向磁懸浮軸承（圖 1.1 兩個(gè)）分別沿著轉(zhuǎn)子的軸向布局，故轉(zhuǎn)子的長度不可避免會(huì)較長，而轉(zhuǎn)子的半徑較小一個(gè)完整的磁懸浮軸承系統(tǒng)稱為五自由度磁懸浮軸承系統(tǒng)，一般由四個(gè)徑向磁懸浮軸軸向磁懸浮軸承組成。一個(gè)軸向磁懸浮軸承控制轉(zhuǎn)子的一個(gè)自由度（沿 z 軸移動(dòng)），四懸浮軸承控制轉(zhuǎn)子的四個(gè)自由度（沿 x、y 軸移動(dòng)和繞 x、y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)），從而使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定空中。在磁懸浮軸承正常工作期間，保護(hù)軸承不與轉(zhuǎn)軸接觸，當(dāng)突然斷電或者主動(dòng)磁懸浮系，保護(hù)軸承起臨時(shí)支撐高速轉(zhuǎn)軸的作用，防止轉(zhuǎn)子與電機(jī)定子和主動(dòng)磁懸浮軸承定子壞整個(gè)磁懸浮軸承系統(tǒng)；當(dāng)磁懸浮軸承不工作時(shí)，轉(zhuǎn)子應(yīng)落在保護(hù)軸承上，而且保護(hù)在徑向還是軸向都對轉(zhuǎn)軸起保護(hù)作用。目前，徑向磁懸浮軸承一直是研究的重點(diǎn)，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮首先需要解決問題。當(dāng)軸向位移傳感器安裝在轉(zhuǎn)子的軸心線上，并且推力盤與軸心線理想垂直的情況

對于本文所研究的薄圓盤形轉(zhuǎn)子磁懸浮軸承系統(tǒng)，其軸向尺寸與傳統(tǒng)磁懸浮軸承系統(tǒng)相比較短，只有一個(gè)普通軸向磁懸浮軸承的長度，軸向推力盤為控制主體，而沿轉(zhuǎn)子圓周均勻布置了三個(gè)軸向磁懸浮軸承，因而轉(zhuǎn)子的半徑較大，其大致結(jié)構(gòu)如圖1.2所示：圖 1.2 薄圓盤形轉(zhuǎn)子磁懸浮軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖圖1.2所示的磁懸浮軸承系統(tǒng)是由三個(gè)軸向（圖中只畫出了y、z軸）磁懸浮軸承來控制薄圓盤形轉(zhuǎn)子沿z軸的移動(dòng)和繞x、y軸轉(zhuǎn)動(dòng)來控制薄圓盤的盤面與z軸的垂直，由兩個(gè)徑向磁懸浮軸承（圖1.2中只畫出了一個(gè)）來控制薄圓盤形轉(zhuǎn)子沿x、y軸兩個(gè)自由度的移動(dòng)，，從而使轉(zhuǎn)子懸浮
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2683427