電磁軸承憑借其無(wú)接觸,無(wú)磨損,無(wú)需潤(rùn)滑等優(yōu)異特性,在真空系統(tǒng)、高速透平機(jī)械、醫(yī)療器械等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。典型的主動(dòng)式電磁軸承系統(tǒng)中,控制器通過(guò)位移傳感器實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)子的位置信息,計(jì)算控制轉(zhuǎn)子所需的電磁力,并通過(guò)功率放大器驅(qū)動(dòng)電磁鐵使轉(zhuǎn)子受控懸浮。目前磁懸浮軸承領(lǐng)域的研究主要朝著超高速、高可靠性、低成本、小型化等方向發(fā)展。為了匹配高速磁懸浮軸承系統(tǒng)的測(cè)控需求,課題從新型的低成本位移傳感器,高性能多核控制平臺(tái)和低噪聲開(kāi)關(guān)功率放大器三個(gè)方面著手展開(kāi)研究工作。位移傳感器是高速電磁軸承系統(tǒng)中重要的組件之一,其直接決定了轉(zhuǎn)子的控制精度。課題研究了一種新型的橫向磁通傳感器,其在低成本,小型化磁軸承中優(yōu)勢(shì)明顯。課題建立了傳感器的理論模型,并借助有限元軟件建模仿真,對(duì)傳感器探頭線(xiàn)圈設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化分析,探索出了一套適用的設(shè)計(jì)規(guī)律,并據(jù)此設(shè)計(jì)、構(gòu)建了傳感器測(cè)試平臺(tái)。靜態(tài)性能測(cè)試結(jié)果表明所制傳感器靈敏度為38.94 mV/μm,線(xiàn)性度為1.87%,徑向正交兩自由度（X-Y）耦合度為2.14%,且理論帶寬9.54 kHz,能夠滿(mǎn)足超高速電磁軸承的位移檢測(cè)需求。該傳感器被應(yīng)用于某高速磁懸浮壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位移檢測(cè),實(shí)現(xiàn)了... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

主動(dòng)式電磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖

第1章引言圖1.2相關(guān)文獻(xiàn)中出現(xiàn)的橫向磁通傳感器一。為了改進(jìn)設(shè)計(jì)以獲得盡可能高的靈敏度，研究者一般使用軟件建模、仿真進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。有研究者使用多物理場(chǎng)仿真軟件COMSOLMultiphysics基于FEM建模[13]，也有研究者使用Gecko-Simulations工具包基于PEEC法建模[12]。不同的研究者采用不同的工具，但所研究的影響靈敏度的因素基本都包括激勵(lì)頻率，線(xiàn)圈布局與形狀，轉(zhuǎn)子的材料等。整體來(lái)看，目前沒(méi)有人提出一套可行的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。有些關(guān)鍵問(wèn)題還有待于進(jìn)一步的研究，比如關(guān)于PCB上的銅走線(xiàn)的間距與寬度、銅箔的厚度、傳感器的驅(qū)動(dòng)方式、信號(hào)解調(diào)方式等。1.2.2控制器主動(dòng)式電磁軸承的核心是控制器，高速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)行為依賴(lài)于控制器的實(shí)時(shí)控制�？刂破鞯妮斎雭�(lái)自各類(lèi)傳感器，主要為轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，如位移、轉(zhuǎn)速等；輸出的控制信號(hào)控制后級(jí)的功率放大器，往電磁鐵中注入相應(yīng)的電流，使轉(zhuǎn)子受控懸�，F(xiàn)代化的控制器基本都是數(shù)字控制，但上世紀(jì)八十年代，磁懸浮軸承的控制器還是依靠模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。相比數(shù)字控制器，模擬控制器存在諸多問(wèn)題，比如受模擬電路復(fù)雜度影響，一般只能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的PID控制，無(wú)法滿(mǎn)足高速磁懸浮軸承的控制需求；更新控制器參數(shù)需要改動(dòng)硬件電路，調(diào)試不便；控制參數(shù)受模擬器件的溫漂和時(shí)漂影響，使用場(chǎng)合受限等。隨著微處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等集成電路的快速發(fā)展，數(shù)字控制器已經(jīng)成為構(gòu)建磁懸浮軸承系統(tǒng)的主流選擇。數(shù)字控制器可以非常靈活地實(shí)現(xiàn)多種控制算法，比如非線(xiàn)性控制、不平衡控制算法等。通過(guò)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，磁軸承系統(tǒng)可以獲得很多優(yōu)異的特性，比4

第2章橫向磁通位移傳感器理論與設(shè)計(jì)仿真第2章橫向磁通位移傳感器理論與設(shè)計(jì)仿真橫向磁通位移傳感器是基于電渦流效應(yīng)工作的傳感器，具有低成本，高集成度，高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，在小型化磁懸浮軸承位移檢測(cè)領(lǐng)域有著較大的應(yīng)用潛力。本章系統(tǒng)地介紹了關(guān)于橫向磁通位移傳感器的理論研究與建模仿真結(jié)果，總結(jié)出了一套設(shè)計(jì)規(guī)律用于優(yōu)化設(shè)計(jì)此類(lèi)型傳感器，并給出了設(shè)計(jì)實(shí)例。2.1傳統(tǒng)電渦流傳感器的工作原理處于交變磁場(chǎng)中的導(dǎo)體，其內(nèi)部會(huì)感應(yīng)出渦電流，渦電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)反抗原磁場(chǎng)的變化，使得產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的線(xiàn)圈等效阻抗發(fā)生變化，這一效應(yīng)被稱(chēng)為電渦流效應(yīng)，基于此效應(yīng)研制的傳感器即電渦流傳感器。圖2.1電渦流傳感器工作原理示意圖如圖2.1所示，探頭線(xiàn)圈通入電流為I，產(chǎn)生磁場(chǎng)為H，其接近被測(cè)體時(shí)，被測(cè)體感應(yīng)出的渦電流為I′，形成的反抗磁場(chǎng)為H′。探頭線(xiàn)圈等效阻抗為Z，其改變的程度與被側(cè)導(dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電阻率ρ、探頭線(xiàn)圈與被測(cè)體的距離x，探頭線(xiàn)圈中電流I的頻率f等因素相關(guān)[32-35]，線(xiàn)圈阻抗可被表述為式(2-1)。Z=f(ρ,μ,f,x)(2-1)在探頭線(xiàn)圈和被測(cè)體確定的情況下，等效阻抗與二者之間的距離相關(guān)，依據(jù)此可制成電渦流位移傳感器，并運(yùn)用于磁懸浮軸承系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位移的檢測(cè)。10

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]橫向磁通徑向位移傳感器研究[J]. 薛蓮曉,張剴,徐旸,劉哲鳴.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2017(05)
[2]基于OMAP-L138的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)與研究[J]. 付浩,劉建群.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2013(01)
[3]基于FPGA的飛輪磁軸承一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 張立,劉昆.  電機(jī)與控制學(xué)報(bào). 2012(04)
[4]基于FPGA的磁懸浮軸承電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 金超武,徐龍祥.  江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2011(05)
[5]磁懸浮軸承開(kāi)關(guān)功率放大器等效數(shù)學(xué)模型[J]. 王軍,徐龍祥.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2010(04)
[6]基于TMS320C6713B+FPGA數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)磁懸浮飛輪主動(dòng)振動(dòng)控制[J]. 劉彬,房建成,劉剛.  光學(xué)精密工程. 2009(01)
[7]平面電渦流線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)[J]. 王鵬,丁天懷,傅志斌.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2007(11)
[8]基于DSP的主動(dòng)磁軸承電主軸控制系統(tǒng)研究[J]. 吳國(guó)慶,張鋼,張建生,張愛(ài)林,汪希平.  電機(jī)與控制學(xué)報(bào). 2006(02)
[9]電渦流傳感器的有限元仿真研究與分析[J]. 王春蘭,張鋼,董魯寧,汪希平.  傳感器與微系統(tǒng). 2006(02)
[10]永磁偏置磁軸承三電平PWM開(kāi)關(guān)功放的研究[J]. 張亮,房建成.  電力電子技術(shù). 2006(01)

碩士論文
[1]渦流傳感器建模與補(bǔ)償及其電磁場(chǎng)仿真研究[D]. 葛向兵.江蘇科技大學(xué) 2013
[2]電渦流傳感器的仿真與設(shè)計(jì)[D]. 廖雅琴.電子科技大學(xué) 2007



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