徑向四自由度主動(dòng)電磁軸承系統(tǒng)的自傳感運(yùn)行研究——基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、自傳感主動(dòng)電磁軸承系統(tǒng)具有硬件精簡、成本低廉、設(shè)計(jì)簡便、執(zhí)行器和傳感器為同一部件等等一系列獨(dú)特的性能優(yōu)勢，因而成為近年來電磁軸承領(lǐng)域最具革新意義的熱門課題之一。
　　本文在采用恒頻電流型PWM開關(guān)功率放大器的主動(dòng)電磁軸承系統(tǒng)平臺(tái)中，研究了基于PWM信號(hào)的電磁軸承自傳感技術(shù)。從理論分析、仿真研究、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面全方位地對PWM信號(hào)這一高頻源在自傳感技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入而細(xì)致的研究。在基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)方面獲取了一些自主創(chuàng)新的研究

2、成果:
　　1.建立了主動(dòng)電磁軸承系統(tǒng)的電感模型，在忽略磁場飽和、漏磁、磁滯、渦流等非線性因素的條件下，推導(dǎo)出了電磁線圈等效電感和氣隙長度的函數(shù)關(guān)系式，證明氣隙長度可以由電磁線圈等效電感的變化來進(jìn)行估計(jì)，該結(jié)論是電磁軸承系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自傳感運(yùn)行的重要理論基礎(chǔ)。
　　2.研究了恒頻電流型PWM開關(guān)功率放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理，使用傅里葉級(jí)數(shù)的方法對電磁線圈兩端的電壓信號(hào)、電磁線圈中的電流信號(hào)進(jìn)行了諧波分析，推導(dǎo)出了電流高頻紋波幅值

3、關(guān)于氣隙長度和PWM信號(hào)占空比的函數(shù)關(guān)系式。
　　3.使用雅可比-安格爾恒等式、第一類貝塞爾函數(shù)等數(shù)學(xué)工具研究了力擾動(dòng)對電流高頻紋波信號(hào)的頻譜特性影響，理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明力擾動(dòng)通過控制器的反饋?zhàn)饔?，使得功率放大器在跟蹤?dòng)態(tài)給定電流信號(hào)時(shí)產(chǎn)生了時(shí)變的占空比。時(shí)變的占空比不僅影響著電流紋波高頻分量的幅值，而且使其頻譜不再單一。電流紋波在開關(guān)頻率處的譜線周圍會(huì)出現(xiàn)無數(shù)的等間隔邊頻分量，這些邊頻分量的頻率間隔與電流參考信號(hào)的頻率相等。

4、各階邊頻分量的幅值由第一類貝塞爾函數(shù)的值確定。
　　4.考慮到電流高頻紋波的特殊頻譜特性，在帕塞瓦爾定理的基礎(chǔ)上詳細(xì)探討了解調(diào)器中帶通濾波器的通帶增益、通帶帶寬等參數(shù)對解調(diào)器性能的影響，并給出了各參數(shù)的選擇范圍。在此基礎(chǔ)上，基于UAF42芯片設(shè)計(jì)了一款改進(jìn)型解調(diào)器，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該解調(diào)器的性能。
　　5.提出一種采用占空比補(bǔ)償?shù)碾姶泡S承自傳感技術(shù)，通過對DSP28335芯片資源的充分利用，將自傳感技術(shù)的硬件復(fù)雜度降低

5、了一半。將占空比補(bǔ)償策略所估計(jì)得到的轉(zhuǎn)子位移作為反饋信號(hào)，成功地實(shí)現(xiàn)了四自由度徑向電磁軸承系統(tǒng)在0-3000rpm內(nèi)穩(wěn)定的自傳感運(yùn)行。
　　6.提出一種采用非線性參數(shù)估計(jì)法的電磁軸承自傳感技術(shù)，通過嵌入一個(gè)與實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)相等的電磁軸承等效模型和簡單PI控制器，實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)子位移的閉環(huán)估計(jì)。仿真結(jié)果表明，相比其他開環(huán)位移估計(jì)策略該方法能夠有效的提高位移提取的精度和帶寬。將非線性參數(shù)估計(jì)法估計(jì)得到的轉(zhuǎn)子位移作為反饋信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)四自由度