磁悬浮轴承的磁路设计以及动态仿真

论文摘要

主动磁悬浮轴承是集机械、电子、控制、计算机、传感器、材料等多学科技术为一体的机电一体化系统。本文从磁力轴承的工作原理着手,在说明磁悬浮主轴的总体布局后,对径向磁力轴承和轴向磁力轴承的结构设计原理、材料选择、设计中的注意问题、详细的设计过程以及磁力轴承相关设计内容都一一做了推导和阐述。其中,提出了一种新的磁力轴承结构设计方法,利用该方法可以最大限度地减少电气参数与磁力轴承中结构参数的耦合,使得在设计的结构参数易于满足电气参数要求。并且,在详细分析单自由度磁力轴承的基础上,建立了磁力轴承的简化数学模型,推导出了经典控制律下的磁力轴承控制系统的模型。运用现代控制理论的状态空间法,建立了转子控制系统的状态空间模型,结合MATLAB的Simulink模块实现了磁悬浮轴承的动态仿真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 磁悬浮的发展和现状
• 1.3 磁悬浮轴承的特点与种类
• 1.3.1 磁轴承特点
• 1.3.2 磁轴承的分类
• 1.4 磁悬浮轴承的研究方向
• 1.4.1 永磁与电磁结构相结合
• 1.4.2 自传感器结构（self-sensing）
• 1.4.3 无轴承电机
• 1.4.4 超导磁轴承（SMB）
• 1.4.5 斥力式磁悬浮轴承
• 1.5 磁悬浮轴承面临的技术难题
• 1.5.1 控制系统存在的难题
• 1.5.2 满足转子轴系动力特性引发的难题
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 第二章 磁悬浮的基本模型
• 2.1 电磁学的基本理论
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 磁路及其基本定律
• 2.2 电磁力的计算
• 2.2.1 电与磁的关系
• 2.2.2 磁与力的关系
• 2.2.3 电、磁、力的关系
• 2.3 简单的磁悬浮系统力学模型
• 2.4 磁悬浮系统的闭环控制模型
• 2.5 铁磁材料的特性
• 第三章 磁力轴承结构设计
• 3.1 磁力轴承结构设计内容
• 3.1.1 结构设计及布置
• 3.1.2 结构设计相关参数确定
• 3.2 径向轴承设计
• 3.2.1 径向轴承总体形式
• 3.2.2 径向轴承的材料
• 3.2.3 径向轴承转子设计
• 3.2.4 径向轴承定子设计
• 3.2.5 径向轴承其他内容
• 3.3 轴向轴承设计
• 3.3.1 轴向轴承的总体形式
• 3.3.2 轴向轴承的材料
• 3.3.3 轴向转子的设计
• 3.3.4 轴向定子的设计
• 3.3.5 轴向轴承相关内容
• 3.3.6 径向磁轴承的定子转子具体设计计算过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 磁悬浮轴承的数学模型与控制方法
• 4.1 单自由度转子的数学模型
• 4.2 四自由度主动磁轴承的数学模型
• 4.3. 磁悬浮轴承的控制方法
• 4.3.1 PID 控制器
• 4.3.2 采用PID 控制器的电流控制
• 4.3.3 Matlab 仿真模型以及参数确定
• 总结
• 致谢
• 参考文献