【摘要】： 磁力軸承是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是支承領(lǐng)域的重要變革，它具有深遠(yuǎn)的意義和廣泛的應(yīng)用前景，其實(shí)用價(jià)值不可估量，具有無(wú)摩擦、無(wú)磨損、無(wú)需潤(rùn)滑以及壽命長(zhǎng)等一系列傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著磁力軸承技術(shù)逐漸被人們認(rèn)識(shí)和掌握，磁力軸承已廣泛應(yīng)用于航空航天、真空技術(shù)、機(jī)床與高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械、能源交通等領(lǐng)域。磁力軸承技術(shù)是一種高新技術(shù)，其研究涉及到電磁學(xué)、控制理論、機(jī)械學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)。其中，磁力軸承控制器的研究是其中至關(guān)重要的一環(huán)，控制器性能的好壞直接影響到磁力軸承的動(dòng)態(tài)性能和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度。 本文首先以傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的有關(guān)理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出軸承-剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和軸承-柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。接著，闡述了磁力軸承的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理，對(duì)系統(tǒng)電磁力進(jìn)行分析和線性化處理，推導(dǎo)出單自由度磁力軸承的等效剛度和阻尼計(jì)算公式，并以此為基礎(chǔ)，詳細(xì)推導(dǎo)了完整的磁力軸承動(dòng)力特性系數(shù)的計(jì)算公式。然后，分別對(duì)磁力軸承剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和磁力軸承柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，并用Riccati傳遞矩陣法結(jié)合磁力軸承的有關(guān)特點(diǎn)，建立了磁力軸承柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性計(jì)算和分析方法。最后，采用Matlab就無(wú)慣性環(huán)節(jié)和有慣性環(huán)節(jié)系統(tǒng)的PD和PID法控制效果進(jìn)行仿真比較，給出了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)曲線圖，分析了PID控制器參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響。 通過(guò)本文的研究，得到以下主要結(jié)論：磁力軸承的動(dòng)力特性系數(shù)可以由八個(gè)等效的剛度阻尼系數(shù)來(lái)表示，這八個(gè)等效的動(dòng)力特性系數(shù)與軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)、控制器的控制參數(shù)密切相關(guān)。仿真分析結(jié)果表明通過(guò)適當(dāng)選取PID控制器的比例系數(shù)K_p、積分系數(shù)K_i、微分系數(shù)K_d可以較好地實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。
【圖文】：

就要求有兩個(gè)徑向磁力軸承(分別構(gòu)成x、y兩個(gè)方向)和一個(gè)軸向推力磁力軸承(z方向)，徑向軸承支承轉(zhuǎn)子重量并控制徑向位移，，軸向軸承限制轉(zhuǎn)子的軸向位移。由此構(gòu)成的典型的五自由度磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)如圖2一1所示，該系統(tǒng)主要由傳感器及信號(hào)前置處理單元、調(diào)節(jié)控制單元、執(zhí)行單元以及軸承轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等部分組成。/爵泉攜雜\接鑫霆三三然進(jìn) 進(jìn) 進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn) lllllll賽鄉(xiāng)經(jīng) 經(jīng) 息 息 息 息息息息息息 息 息 111111111 lllllllll卜卜漪澎多多 多矛拼忍 忍 圖2一1五自由度磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

在解禍的情況下，磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)各方向上的控制回路無(wú)根本差別，因此，在分析其系統(tǒng)的工作原理時(shí)，選取任意一個(gè)自由度為研究對(duì)象，即所謂的單自由度軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。如圖2一2所示，是一個(gè)典型的主動(dòng)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作原理圖。由圖可知，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、電磁鐵、傳感器、控制器、功率放大器挖制器門曰口?磚感器圖2一2磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)原理圖等部分組成。轉(zhuǎn)子在任意時(shí)刻的位置信號(hào)由傳感器拾取，并將經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)送往控制器，控制器根據(jù)反饋信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，然后由功率放大器將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為足夠大的控制電壓或控制電流，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)即電磁鐵產(chǎn)生相應(yīng)的回復(fù)力迫使轉(zhuǎn)子回復(fù)到平衡位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在無(wú)接觸狀態(tài)下的穩(wěn)定懸浮。2.2磁力軸承的結(jié)構(gòu)電磁鐵的幾何尺寸、磁極的結(jié)構(gòu)安排、線圈的參數(shù)等諸因素，都將對(duì)磁力軸承的承載能力產(chǎn)生不同的影響。徑向磁力軸承的周向布置結(jié)構(gòu)形式和電機(jī)定子相仿
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH133.3

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本文編號(hào)：2623300