【摘要】：磁懸浮軸承是一種新型非接觸式支撐元件,廣泛用于機(jī)械加工、航空航天、真空技術(shù)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性辨識(shí)與測試等領(lǐng)域,被公認(rèn)為極有前途的新型軸承。然而,由于材料質(zhì)量分布不均及加工誤差等原因,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均,旋轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生周期性振動(dòng),嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能及安全運(yùn)行。因此,抑制磁軸承轉(zhuǎn)子的周期性振動(dòng),是提高系統(tǒng)運(yùn)行精度的關(guān)鍵所在,也是本文研究的重點(diǎn)。針對(duì)高速磁懸浮電機(jī)轉(zhuǎn)子的周期性振動(dòng)問題,本文的研究思路是:通過對(duì)磁軸承系統(tǒng)進(jìn)行分析,建立磁軸承系統(tǒng)模型及轉(zhuǎn)子周期性振動(dòng)模型。從磁軸承轉(zhuǎn)子周期性振動(dòng)產(chǎn)生的原因入手,提出抑制周期性振動(dòng)的控制策略,并通過仿真進(jìn)行驗(yàn)證。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該控制策略的有效性,設(shè)計(jì)磁軸承數(shù)字控制器,對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。目前,本文已完成控制策略的仿真驗(yàn)證、數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)及其實(shí)用性驗(yàn)證,尚未對(duì)本文所提出的控制策略進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,具體研究內(nèi)容如下:(1)闡述了磁軸承系統(tǒng)的工作原理,介紹了一種主動(dòng)磁軸承的機(jī)械結(jié)構(gòu),分析了磁軸承轉(zhuǎn)子懸浮力特性,搭建了磁軸承系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。建立了磁軸承轉(zhuǎn)子不平衡力模型,分析了轉(zhuǎn)子的周期性振動(dòng)特性。(2)提出將線性自抗擾控制策略與重復(fù)控制策略相結(jié)合應(yīng)用于磁軸承控制系統(tǒng)。分別介紹了線性自抗擾控制器及重復(fù)控制器的工作原理,將兩種控制器相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合控制器,根據(jù)兩種控制器位置的不同,形成的復(fù)合控制器具有兩種組合結(jié)構(gòu):嵌入型與并聯(lián)型。對(duì)嵌入型與并聯(lián)型復(fù)合控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比,以提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力為側(cè)重點(diǎn)完成了對(duì)復(fù)合控制器結(jié)構(gòu)的選型,并整定了控制參數(shù)。(3)建立了基于復(fù)合控制結(jié)構(gòu)的磁軸承控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,復(fù)合控制器不僅具有線性自抗擾控制器的穩(wěn)態(tài)性能,而且能夠有效抑制轉(zhuǎn)子的周期性振動(dòng),在10kr/min的轉(zhuǎn)速下,對(duì)轉(zhuǎn)子施加幅值200N、與轉(zhuǎn)速同頻的周期性擾動(dòng),轉(zhuǎn)子周期性振動(dòng)的峰值減小了69.2%。(4)設(shè)計(jì)了基于TMS320F28335的磁軸承數(shù)字控制器,以PID控制策略為核心算法進(jìn)行了高速磁懸浮電機(jī)的靜態(tài)懸浮實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子在平衡位置的穩(wěn)定懸浮,驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器的實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH133.3;TP273
【圖文】：

第 2 章 磁軸承系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立與轉(zhuǎn)子振動(dòng)分析軸承轉(zhuǎn)子的周期性振動(dòng)來源于電機(jī)本身，因此，本章將從根本出發(fā)，對(duì)工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，通過對(duì)轉(zhuǎn)子懸浮力特性進(jìn)行分析，搭建學(xué)模型及轉(zhuǎn)子不平衡離心力模型，研究其振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，為磁軸承控制基礎(chǔ)。軸承的工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)磁軸承的工作原理整的磁軸承系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子、位移傳感器、控制器、功率放大器和電磁鐵示意圖如圖 2.1 所示。沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文

圖 2.2 磁軸承結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2.2 Structure diagram of magnetic bearing子系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的五自由度磁軸承結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)子由度且正交，一般沿水平與豎直方向。在轉(zhuǎn)子軸統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，電磁鐵均采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)電機(jī)時(shí)，控制器能夠迅速做出反應(yīng)，通過改變差動(dòng)電定懸浮。磁懸浮電機(jī)的定子繞組與普通電機(jī)基本。為了減輕轉(zhuǎn)子質(zhì)量，對(duì)電機(jī)主軸進(jìn)行掏空處理。結(jié)構(gòu)作用是控制轉(zhuǎn)子在徑向方向上的運(yùn)動(dòng)，本文所研其結(jié)構(gòu)上包含轉(zhuǎn)子和定子。與電動(dòng)機(jī)減小磁滯損耗采用基于電工鋼片的疊片式結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為了減間通過隔磁間隙進(jìn)行隔離，隔離處通過安裝螺孔電工鋼片，故采用這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)ο噜彺艠O對(duì)之

圖 2.3 徑向磁軸承結(jié)構(gòu)簡圖Fig. 2.3 Structure diagram of radial magnetic bearing結(jié)構(gòu)作用是控制轉(zhuǎn)子在軸線方向上的運(yùn)動(dòng)，其電磁力軸向磁軸承結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示。圖 2.4 軸向磁軸承結(jié)構(gòu)簡圖Fig. 2.4 Structure diagram of axial magnetic bearing為轉(zhuǎn)子推力盤，2 為軸向磁軸承定子繞組，3 為軸向感器檢測面，6 為軸向磁軸承定子。

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1 趙鴻賓;;磁軸承研究現(xiàn)狀[J];國際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài);1999年06期

2 朱q

本文編號(hào)：2771771