本文關(guān)鍵詞：磁懸浮電主軸的控制策略及工業(yè)應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 電主軸 磁懸浮軸承 動(dòng)靜態(tài)特性 控制策略 聯(lián)合仿真 工業(yè)應(yīng)用

【摘要】：磁懸浮電主軸依靠磁懸浮軸承的電磁力將電主軸懸浮于空間,由于無(wú)接觸且可主動(dòng)控制振動(dòng),其在壽命、振動(dòng)抑制等方面具有接觸式軸承無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn),獲得了越來(lái)越大的關(guān)注。本文針對(duì)磁懸浮電主軸的控制策略和工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了研究。本文設(shè)計(jì)并制作了一臺(tái)磁懸浮電主軸樣機(jī),給出了各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù),包括磁懸浮軸承及其電控系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)以及動(dòng)環(huán)與芯軸過(guò)盈量等;分析了磁懸浮軸承電磁特性,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性,并分析了該樣機(jī)的動(dòng)靜剛度、模態(tài)、臨界轉(zhuǎn)速以及不平衡響應(yīng)等靜動(dòng)力學(xué)特性;完成了該樣機(jī)的不完全微分PID及混合靈敏度H∞控制策略設(shè)計(jì),借助ADAMS和Matlab Simulink聯(lián)合仿真校驗(yàn)了磁懸浮軸承承載力以及對(duì)比分析了兩種控制策略的控制效果,并基于F28335DSP數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)懸浮和高速旋轉(zhuǎn);最后測(cè)試了該樣機(jī)的廣義動(dòng)剛度、臨界轉(zhuǎn)速、溫升以及現(xiàn)場(chǎng)磨削性能。測(cè)試結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的磁懸浮電主軸樣機(jī)能夠在42000r/min穩(wěn)定運(yùn)行,兩種控制方式下的最大同頻振幅均在3μm以內(nèi),其下徑向磁懸浮軸承的廣義動(dòng)剛度達(dá)到4N/μm,長(zhǎng)期工作下驅(qū)動(dòng)電機(jī)和磁懸浮軸承溫升分別小于30℃和20℃�，F(xiàn)場(chǎng)磨削試驗(yàn)表明,該樣機(jī)可以滿足觸摸屏的磨削加工要求,達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平。
【關(guān)鍵詞】：電主軸 磁懸浮軸承 動(dòng)靜態(tài)特性 控制策略 聯(lián)合仿真 工業(yè)應(yīng)用
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-17
• 第一章 緒論17-23
• 1.1 磁懸浮軸承及其分類17
• 1.2 磁懸浮電主軸技術(shù)研究及工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀17-20
• 1.2.1 磁懸浮電主軸工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀18
• 1.2.2 磁懸浮軸承控制技術(shù)在磁懸浮電主軸應(yīng)用研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 電主軸靜動(dòng)力學(xué)特性研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 磁懸浮電主軸的主要單元20-21
• 1.3.1 磁懸浮電主軸轉(zhuǎn)子單元20
• 1.3.2 磁懸浮軸承單元20
• 1.3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20-21
• 1.3.4 冷卻單元21
• 1.3.5 刀具單元21
• 1.3.6 其他輔助單元21
• 1.4 研究意義與課題來(lái)源21-22
• 1.5 論文內(nèi)容安排22-23
• 第二章 磁懸浮電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-34
• 2.1 總體結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2 主要結(jié)構(gòu)布局分析24-25
• 2.2.1 主軸上零件布局24
• 2.2.2 傳感器布局24
• 2.2.3 刀具端懸伸量以及徑向軸承跨距24-25
• 2.2.4 自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)25
• 2.2.5 冷卻方式25
• 2.3 電機(jī)選型25-26
• 2.4 磁懸浮軸承設(shè)計(jì)26-29
• 2.4.1 磁懸浮軸承設(shè)計(jì)原則26
• 2.4.2 徑向磁懸浮軸承設(shè)計(jì)26-27
• 2.4.3 軸向磁懸浮軸承設(shè)計(jì)27-28
• 2.4.4 輔助軸承設(shè)計(jì)28-29
• 2.4.5 磁懸浮軸承制作29
• 2.5 轉(zhuǎn)子主要結(jié)構(gòu)參數(shù)29-30
• 2.6 動(dòng)環(huán)過(guò)盈量計(jì)算30-32
• 2.7 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡32-33
• 2.8 本章小結(jié)33-34
• 第三章 磁懸浮電主軸電磁及結(jié)構(gòu)性能仿真分析34-49
• 3.1 磁懸浮軸承特性仿真分析34-40
• 3.1.1 徑向磁懸浮軸承特性仿真分析34-37
• 3.1.1.1 徑向軸承電磁特性仿真分析34-36
• 3.1.1.2 徑向軸承定子受力變形仿真分析36-37
• 3.1.2 軸向磁懸浮軸承特性仿真分析37-40
• 3.1.2.1 軸向軸承電磁特性仿真分析37-39
• 3.1.2.2 軸向軸承定子受力變形仿真分析39-40
• 3.2 轉(zhuǎn)子特性仿真分析40-48
• 3.2.1 磁懸浮軸承支撐特性分析40-43
• 3.2.1.1 系統(tǒng)各環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型40-42
• 3.2.1.2 等效支撐剛度和等效支撐阻尼42-43
• 3.2.2 磁懸浮電主軸轉(zhuǎn)子特性分析43-48
• 3.2.2.1 電主軸砂輪段剛度特性分析43-45
• 3.2.2.2 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性分析45-48
• 3.3 本章小結(jié)48-49
• 第四章 磁懸浮電主軸控制策略設(shè)計(jì)及其聯(lián)合仿真49-69
• 4.1 不完全微分PID控制49-50
• 4.2 混合靈敏度H∞控制設(shè)計(jì)50-59
• 4.2.1 H∞控制問(wèn)題50-51
• 4.2.2 混合靈敏度H∞控制指標(biāo)51-53
• 4.2.3 H∞控制策略設(shè)計(jì)53-59
• 4.2.3.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型53-58
• 4.2.3.2 H∞控制器設(shè)計(jì)58-59
• 4.3 機(jī)電聯(lián)合仿真59-68
• 4.3.1 聯(lián)合仿真模型建立59-63
• 4.3.1.1 PROE中三維幾何模型建立59-60
• 4.3.1.2 AMAMS中剛性體動(dòng)力學(xué)模型建立60-61
• 4.3.1.3 ADAMS軟件中柔性體動(dòng)力學(xué)模型建立61-62
• 4.3.1.4 Matlab Simulink中控制系統(tǒng)模型建立62-63
• 4.3.2 聯(lián)合仿真結(jié)果分析63-68
• 4.3.2.1 磁懸浮軸承承載力分析63-65
• 4.3.2.2 起浮性能分析65-66
• 4.3.2.3 升速性能分析66-67
• 4.3.2.4 抗干擾性能分析67-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第五章 磁懸浮電主軸性能試驗(yàn)驗(yàn)證69-81
• 5.1 磁懸浮電主軸試驗(yàn)系統(tǒng)介紹69
• 5.2 磁懸浮軸承控制實(shí)現(xiàn)69-74
• 5.2.1 控制器硬件環(huán)境69-70
• 5.2.2 控制器軟件開(kāi)發(fā)70-72
• 5.2.3 控制策略離散化72-74
• 5.2.3.1 ADC以及DAC環(huán)節(jié)72
• 5.2.3.2 不完全微分PID離散化72-73
• 5.2.3.3 混合靈敏度H∞控制器離散化73-74
• 5.3 系統(tǒng)性能試驗(yàn)研究74-80
• 5.3.1 靜態(tài)懸浮以及 700Hz高速旋轉(zhuǎn)74-75
• 5.3.2 工作轉(zhuǎn)速下的回轉(zhuǎn)精度分析75-76
• 5.3.3 臨界轉(zhuǎn)速測(cè)量76-77
• 5.3.4 廣義動(dòng)剛度測(cè)量77-78
• 5.3.5 磁懸浮軸承與電機(jī)溫升測(cè)量78-80
• 5.3.6 磨削加工試驗(yàn)80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 第六章 總結(jié)與展望81-83
• 6.1 主要工作總結(jié)81
• 6.2 進(jìn)一步展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-88
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：861731