磁軸承系統(tǒng)的分析與控制.pdf

1、磁懸浮軸承是一種沒(méi)有任何機(jī)械接觸的新型高性能軸承,它從根本上改變了傳統(tǒng)的支承形式。磁軸承在工業(yè)控制、超高速、精密加工、航空航天、機(jī)器人、能源、交通等高科技領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用背景。它具有回轉(zhuǎn)精度高、功耗低、剛度高、壽命長(zhǎng)等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),因此近年來(lái)對(duì)其研究頗為重視。磁懸浮軸承技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域,多項(xiàng)技術(shù)的交織,研究和開(kāi)發(fā)利用的難度較大,對(duì)其研究力度正在進(jìn)一步加強(qiáng)。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展,磁懸浮軸承在國(guó)外的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)一步擴(kuò)大,從應(yīng)用角度看,在高

2、速旋轉(zhuǎn)和相關(guān)高精度的應(yīng)用場(chǎng)合磁懸浮軸承具有極大的優(yōu)勢(shì)并已逐漸成為應(yīng)用研究的主流。磁軸承實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括單入單出系統(tǒng)辨識(shí)、多入多出系統(tǒng)辨識(shí)、經(jīng)典控制器設(shè)計(jì)、線性反饋系統(tǒng)、非線性控制綜合、多變量控制綜合以及自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)。本文介紹了電磁軸承的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),闡述了電磁軸承工作的基本原理和當(dāng)前的一些控制方法。在認(rèn)為水平方向與豎直方向解耦的情況下,利用狀態(tài)空間法對(duì)磁軸承實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。考慮到機(jī)理建模時(shí)忽略了轉(zhuǎn)子的柔性,傳感器、電流放大器

3、以及懸浮力的非線性,所得到的模型是不完全的,利用了系統(tǒng)辨識(shí)的辦法來(lái)研究系統(tǒng)模型。由于轉(zhuǎn)子的柔性、作用于轉(zhuǎn)子上的電磁力關(guān)于位移和控制電流的非線性引起了轉(zhuǎn)子諧振,本文對(duì)最大諧振進(jìn)行了簡(jiǎn)單的濾波處理。并設(shè)計(jì)了一個(gè)二階濾波器。磁軸承系統(tǒng)是一個(gè)不穩(wěn)定的機(jī)電系統(tǒng),設(shè)計(jì)控制器使其穩(wěn)定是必要的。磁軸承具有四路補(bǔ)償器,利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的三路補(bǔ)償器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行單入單出設(shè)計(jì)。在進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的過(guò)程中,首先是在利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部分控制器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的分