發(fā)布時(shí)間：2020-10-22 22:58

　　 磁懸浮軸承是一種利用磁場(chǎng)力實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子之間無(wú)直接接觸的新型高性能軸承,具有高速高精度、無(wú)摩擦無(wú)磨損、壽命長(zhǎng)等眾多優(yōu)點(diǎn)。目前,磁軸承的應(yīng)用領(lǐng)域包括高速機(jī)床電主軸、飛輪儲(chǔ)能、農(nóng)業(yè)風(fēng)力發(fā)電、生命醫(yī)療、航空航天等,具有廣闊的應(yīng)用前景。為了降低磁軸承的成本和功耗,近些年來(lái)逆變器驅(qū)動(dòng)式三極磁軸承成為了研究熱點(diǎn)。然而三極結(jié)構(gòu)徑向空間的不對(duì)稱性導(dǎo)致了懸浮力的非線性和徑向兩自由度間的耦合。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn),參考傳統(tǒng)八極或者四極磁軸承結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性,且為了充分利用磁路,提出了一種雙片式徑向-軸向六極混合磁軸承(hybrid magnetic bearing,HMB),并圍繞其參數(shù)設(shè)計(jì)、懸浮力特性分析、高性能控制和實(shí)驗(yàn)等技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)研究。論文主要研究工作及成果如下:1、首先主要按時(shí)間順序綜述了磁軸承的起源和發(fā)展,包括國(guó)內(nèi)和國(guó)外的研究進(jìn)展。并從磁軸承整個(gè)系統(tǒng)的組成、磁軸承的分類和磁軸承在各個(gè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用以及目前磁軸承的控制技術(shù)等角度對(duì)磁軸承展開(kāi)概述。2、其次介紹了雙片式徑向-軸六極HMB的結(jié)構(gòu)和徑向、軸向的基本原理,并分別建立了雙片式徑向-軸向六極HMB軸向和徑向的數(shù)學(xué)模型。在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步推導(dǎo)了雙片式徑向-軸向六極HMB的懸浮力表達(dá)式,并從懸浮力的線性度、耦合性以及最大承載力三個(gè)角度分別和三極HMB進(jìn)行了相關(guān)性能對(duì)比。并利用有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和懸浮力特性研究的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。3、為了提高磁軸承的控制效果,針對(duì)雙片式徑向-軸向六極HMB磁軸承的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)模糊控制器。同時(shí)避免函數(shù)型伸縮因子的缺陷,采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)伸縮因子的選取進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并和PID控制、模糊控制等進(jìn)行了比較。仿真和對(duì)比結(jié)果表明了基于粒子群優(yōu)化的自適應(yīng)模糊控制器的優(yōu)越性。4、最后構(gòu)建了雙片式徑向-軸向六極HMB數(shù)字控制系統(tǒng)。控制硬件部分主要包括DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)以及位移檢測(cè)電路設(shè)計(jì)三大模塊,軟件部分主要包括控制主程序、懸浮力等中斷子程序及人機(jī)界面。最后基于所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了懸浮力的線性度、起浮和干擾等實(shí)驗(yàn),并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH133.3;TP273
【部分圖文】：

圖 1.1 磁軸承的系統(tǒng)組成 Schematic diagram of single degree of freedom magnet軸承系統(tǒng)。假設(shè)轉(zhuǎn)子在偏置電流 i0的作用下下偏移，此時(shí)經(jīng)過(guò)位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)出轉(zhuǎn)制功率放大器產(chǎn)生電流為 i0+id，增大的電流回到平衡位置。特點(diǎn)的不斷深入，目前國(guó)內(nèi)外研究的磁軸承種類性質(zhì)分類前一般分為二種，交流和直流。所謂交流磁采用的是逆變器作為驅(qū)動(dòng)模塊，如圖 1.2（a磁軸承如圖 1.2（b）所示，常見(jiàn)的八極或者放可分為單極性、雙極直流功放。這兩種驅(qū)

(a)交流磁軸承示意圖 (b)直流磁軸承示意圖圖 1.2 磁軸承按控制電流分類Fig. 1.2 Magnetic bearings classified by the control current(a)三極磁軸承示意圖 (b)四極磁軸承示意圖

5(c)六極磁軸承示意圖 (d)八極磁軸承示意圖圖 1.3 磁軸承按磁極個(gè)數(shù)分類Fig. 1.3 Magnetic bearings classified by the number of poles照磁通的產(chǎn)生方式承按磁通的來(lái)源不同可分為主動(dòng)[39]（ ，AMB）、被，PMB）和混合磁軸承[41]。其中 AMB 的控制磁通和偏置圈產(chǎn)生，在磁懸浮應(yīng)用領(lǐng)域，AMB 的應(yīng)用最為廣泛，其缺點(diǎn)是功耗較大用自身磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮的裝置，可細(xì)分為斥力型和吸力型，沒(méi)有 AMB 和統(tǒng)，沒(méi)有功耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是穩(wěn)定效果較差。而 HMB 集成了 AMB 和采用永磁體產(chǎn)生偏置磁通，降低了系統(tǒng)功耗和控制電路體積，而控制磁通
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2852196