轴向磁悬浮轴承及控制器研究

论文摘要

主动磁悬浮轴承是一种典型的机电一体化产品,是一种新型的高性能支承部件。由于其具有诸多优点,从而应用需求越来越广。但由于技术复杂、难度大等原因,目前国内的磁悬浮轴承研究大多处于实验室阶段。根据工程应用需要,在满足控制性能要求情况下,本着成本低、系统结构简单的原则,对轴向磁悬浮轴承及控制系统进行研究设计。主要工作体现在:(1)根据具体的应用要求,建立相关的数学模型,对轴向磁悬浮轴承的机械结构和电磁线圈进行设计。(2)针对轴向磁悬浮轴承的特点,对位移检测进行分析研究,设计具有结构简单、动态特性好、精度高、成本小等优点的电容位移传感器作为磁悬浮轴承检测装置。(3)通过对磁悬浮轴承常用控制实现方法研究,采用脉宽调制信号控制线圈开关的思想,省去功率放大器的设计,简化了控制系统结构。实现了自行设计的电容位移传感器在磁悬浮轴承中进行位移检测的运用,以及无须专门进行功率放大器设计的控制系统设计。所设计的轴向磁悬浮轴承控制精度高,具有一定的承载能力和刚度,抗外界扰动性能强;且成本较低,控制系统结构得到了简化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 磁悬浮轴承简介
• 1.1.1 磁悬浮轴承及其分类
• 1.1.2 磁悬浮轴承的特点
• 1.2 磁悬浮轴承技术国内外发展过程及现状
• 1.2.1 磁悬浮轴承技术国内外发展过程
• 1.2.2 磁悬浮轴承的研究现状
• 1.2.3 磁悬浮轴承的发展趋势
• 1.3 论文主要工作
• 2 轴向磁悬浮轴承系统的工作原理及结构设计
• 2.1 磁悬浮轴承系统的组成及工作原理
• 2.2 磁轴承的电磁场理论及数学模型
• 2.2.1 电磁场理论及电磁力计算
• 2.2.2 轴向磁轴承的数学模型
• 2.3 轴向磁轴承的设计
• 2.3.1 轴向磁轴承的结构形式
• 2.3.2 励磁材料的选择
• 2.3.3 线圈设计
• 2.3.4 结构设计
• 3 轴向磁轴承位移检测技术研究
• 3.1 位移检测的作用和要求
• 3.2 位移传感器类型及特点
• 3.3 电容式位移传感器设计
• 3.3.1 电容位移传感器原理
• 3.3.2 电容位移传感器的结构设计
• 3.3.3 电容位移传感器的安装
• 3.3.4 转换电路的实现
• 3.3.5 干扰问题的解决措施
• 4 控制方法研究
• 4.1 控制方式及要求
• 4.2 目前磁轴承中运用的控制思想
• 4.2.1 PID控制
• 4.2.2 模糊控制
• 4.2.3 神经网络控制
• 4.2.4 常用的控制系统实现结构
• 4.3 本文中采用的控制形式
• 4.3.1 整体控制思想
• 4.3.2 控制系统电路
• 4.3.3 PID参数的整定
• 5 系统实验
• 5.1 开关频率确定
• 5.2 控制系统实验
• 5.2.1 控制精度实验
• 5.2.2 外界扰动实验
• 5.3 实验分析
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 轴向磁轴承整体装配图
• 附录2 上下止推轴承图
• 附录3 磁轴承壳体图
• 附录4 磁轴承芯轴图
• 附录5 磁轴承上盖图
• 附录6 磁轴承下盖图
• 附录7 线圈及隔圈图