發(fā)布時間：2019-08-12 20:38

【摘要】：主動磁力軸承是利用電磁力懸浮轉子及載荷的一種支承形式。與普通機械軸承相比,主動磁力軸承具有無機械接觸和電磁力可控可調等特點,所以磁力軸承在超潔凈和高速等環(huán)境下的應用具有獨特的優(yōu)勢。磁力軸承轉子的控制精度和動態(tài)響應性能在很大程度上決定著磁力軸承的推廣應用。伴隨著工業(yè)化進程推進,磁力軸承開始趨向于超高速和超精度方向發(fā)展,欲要獲得這種高性能的磁力軸承,尋找一種新型的勵磁方式十分有必要。本文圍繞改善磁力軸承轉子的動態(tài)性能為主題,提出了反向差動驅動控制磁力軸承,并對其進行了理論和實驗研究。主要研究工作如下： 首先,介紹了主動磁力軸承的工作原理和電磁力的計算公式；介紹了常規(guī)差動磁力軸承工作原理,建立了單自由度常規(guī)差動驅動控制磁力軸承的動力學方程和仿真模型的動力學方程；在常規(guī)差動磁力軸承的基礎上,描述反向差動驅動控制磁力軸承工作原理,并建立單自由度反向差動驅動控制磁力軸承的動力學方程和仿真模型的動力學方程。 其次,基于PID控制算法,在預設的參數(shù)下分別對常規(guī)差動驅動控制和反向差動驅動控制的MATLAB仿真。仿真分懸浮、懸浮后位移激勵、懸浮后加速度激勵三個步驟進行,同時也仿真出反向差動驅動控制在不同電磁鐵線圈匝數(shù)比的控制效果。仿真結果顯示：反向差動驅動控制在超調量、調整時間和穩(wěn)態(tài)誤差等反映控制品質方面均優(yōu)于常規(guī)差動驅動控制。 接著,依據(jù)仿真結果提供的參數(shù),簡化磁力軸承控制的自由度,設計了單自由度反向差動驅動控制的實驗裝置。并詳細介紹了實驗裝置的機械結構部分和電子控制部分。 最后,分靜態(tài)懸浮和周期振動激勵兩個階段,通過改變反向差動驅動控制實驗裝置上電磁鐵線圈的連接方式,分別進行反向差動驅動控制和常規(guī)差動驅動控制實驗。詳細介紹了兩種驅動方式的實驗過程和實驗結果對比。 實驗研究表明：相同的控制環(huán)境,同一組PID參數(shù)下,反向差動驅動控制相對于常規(guī)差動驅動控制在超調量、調整時間和靜態(tài)懸浮穩(wěn)態(tài)誤差方面的表現(xiàn)出優(yōu)越性,但是在周期振動激勵是穩(wěn)態(tài)誤差稍大。試驗中還發(fā)現(xiàn)當電磁力一定時,轉子或者銜鐵的質量對控制效果有很大影響。實驗雖沒有獲得像仿真那樣完美的結果,但是獲得一些有益的結論,為進一步深入研究反向差動驅動控制打下基礎。
【圖文】：

從70年代起，Staeon技術公司(美國)、 NASALewiS研究中心(美國)、馬里蘭大學(美國)相繼研制了飛輪能量儲存系統(tǒng)，用來控制衛(wèi)星姿態(tài)。圖1一1為磁懸浮飛輪電池圖1一2為飛輪能量儲存系統(tǒng)(2)特殊環(huán)境下的應用因為磁力軸承沒有接觸摩擦，無需潤滑，所以可以運用到對環(huán)境要求嚴格的特殊場合，比如硅片、光學鍍膜、離子蝕刻和液晶顯示器件等需要潔凈的真空環(huán)境。1976年，萊寶公司開發(fā)出首臺磁懸浮分子泵，取名TURBOVA.C560M。

武漢理}人學碩一{:學位論文圖1一3單軸定位分子泵圖1一4五軸定位分子泵(3)機床中的應用使用傳統(tǒng)機械軸承，在銑削和磨削時獲得超高速遇到很大阻礙，而磁力軸承可以承受重載，且具有高線速度，大剛度等。SZM公司(法國)研制的超高速磨削B15/1000型磁力軸承電主軸，，切削線速度高達300m/S，功率為150O0W。SKF公司推出的磁力軸承銑削主軸，轉速高達4000Or/min，功率為40000W，且能實現(xiàn)過載保護
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TH133.3

【參考文獻】

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1 楊作興,趙雷,趙鴻賓;磁軸承MPW開關功率放大器的研究[J];電力電子技術;2000年05期

2 陳易新;胡業(yè)發(fā);楊恒明;陳世玉;古良東;孫丹宇;;機床主軸可控磁力軸承的結構分析與設計[J];機床與液壓;1988年03期

3 曹廣忠,張鋼,虞烈,謝友柏,王世琥;電磁軸承系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)研究[J];機械科學與技術;1999年02期

4 王曉光;王秀珍;;磁力軸承反向差動驅動控制研究[J];武漢理工大學學報(信息與管理工程版);2010年02期

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1 曾學明;磁軸承電控系統(tǒng)研究[D];南京航空航天大學;2002年

2 王曉光;磁懸浮轉子系統(tǒng)的耦合理論分析及實驗研究[D];武漢理工大學;2005年

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1 萬霞;基于F2812 DSP的磁懸浮軸承系統(tǒng)數(shù)字控制器的研究[D];南京航空航天大學;2005年

本文編號：2525940