磁悬浮轴承转子位移检测技术(续完)

在综述电涡流式、电感式、电容式、光电式等几种主要位移转感器原理、性能及其适用范围的基础上,分析使用位移传感器所带来的一系列问题,论述了磁悬浮轴承无传感器技术的基本思想,并比较了几种磁悬浮轴承无传感器检测方法的优点.最后,对磁悬浮轴承位移检测技术的发展趋势做了进一步阐述.     

基于DSP2812的磁悬浮轴承位移检测控制系统设计

针对磁悬浮轴承系统位移检测的特点,设计了一套以TMS320F2812 DSP为核心的磁悬浮轴承位移检测控制系统.详细介绍了电涡流位移传感器的工作原理,设计了磁悬浮轴承系统的数字控制器、位移信号调理电路等相关硬件电路,并对所设计的位移检测数字控制系统进行了软件实现,给出了主程序和中断子程序流程图,最后,对所设计的磁悬浮轴承位移检测数字控制系统进行了试验验证.     

磁悬浮轴承横向磁通传感器设计与分析

横向磁通传感器因结构紧凑和高检测精度在磁悬浮轴承系统中具有广阔的应用前景。 随磁悬浮轴承技术的发展,对横 向磁通传感器的检测性能提出了更高要求。 为进一步提升横向磁通传感器的性能,满足磁悬浮转子高精度位移监测需求,本文 针对灵敏度指标对传感器进行设计与分析。 通过建立传感器的数学模型和电磁场有限元分析,研究了激励频率和线圈参数之 间的关系。 对传感器线圈匝数与灵敏度的相关性进行了数值研究,从检测转子的角度分析了趋肤效应对传感器灵敏度的影响。 设计了传感器信号处理电路实现由位移信号到电压信号的转换,并搭建实验平台对传感器的输出特性进行测量。 实验结果表 明,当灵敏度为 20 mV/ μm、检测范围为±500 μm 时,传感器的线性度为 0. 69% ,且具有良好的动态特性,适用于磁悬浮轴承系 统的转子高精度径向位置检测。     

用于磁悬浮轴承位置控制的差动检测电路设计

磁悬浮轴承位置控制系统中,因使用的电涡流位移传感器存在较大的温度漂移而导致位置控制精度不够高。为解决此问题,设计了一种位移差动检测与控制电路,用差动测量的方法减小温漂和其他干扰的影响。实验表明,与用单一位移传感器直接测量的方式相比,此法能较好地提高磁悬浮轴承位置控制精度。     

基于霍尔元件的磁悬浮心脏泵转子径向位移检测

为实现人工心脏泵磁悬浮轴承转子位移的精确检测,利用ANSOFT/Maxwell 2D有限元软件,仿真了径向永磁轴承内永磁环位移变化对其空间外某点处磁感应强度的影响特性,得出二者间的数学关系;提出了一种基于霍尔传感器的磁悬浮轴承转子径向2自由度位移检测的方案,通过解耦处理得到径向2自由度位移量求解公式;通过有限元仿真软件验证了该径向位移检测方法的正确性。研究表明:基于霍尔传感器的位移检测方法操作简单,且能准确的检测到径向2自由度位移量。     

电涡流传感器动态响应特性研究

为了提高磁悬浮轴承高频电主轴控制系统中电涡流传感器的动态响应特性,针对恒频调幅式电涡流位移振动传感器,分析了电涡流传感器的基本结构和工作原理,建立了电涡流传感器检测电路数学模型,分析了电涡流传感器动态响应特性与检测线圈谐振回路品质因数 Ｑ 的关系,提出了对电涡流传感器动态响应特性在不影响灵敏度和线性测量范围的情况下进行线性校正的方法,从而使电涡流传感器幅频响应带宽提高一倍甚至几倍以上,相位角的滞后量也可以大大减小,充分满足了对磁悬浮轴承高速转子进行位移和振动的非接触性监测的需要。     

一种离心式心脏泵磁悬浮系统的耦合特性

为实现一种离心式心脏泵的稳定磁悬浮,需研究该心脏泵的耦合特性。文中分析了径向永磁轴承和开关磁阻电机的耦合特性,导出磁悬浮转子径向运动方程以及干扰力与径向位移的传递函数;并根据永磁轴承磁场分布特性,提出一种基于霍尔传感器的磁悬浮转子位移检测方案;最后,分析了径向和轴向位移在霍尔传感器检测结果中的耦合关系,据此给出解耦方法,实现磁悬浮转子位移检测。研究表明,径向永磁轴承和开关磁阻电机混合磁悬浮控制有利于提高控制系统正刚度并降低电磁能耗,基于霍尔传感器的转子位移检测方案能准确描述磁感应强度检测中径向二自由度位移间的耦合关系。     

基于LabVIEW的磁悬浮轴承的静态刚度测量系统

磁悬浮轴承主要利用电磁力使转子悬浮于定子中,其刚度特性是磁悬浮轴承的重要技术指标,因此磁悬浮轴承的刚度测量是检验磁悬浮轴承性能的必要环节。文中建立了适用于混合控制的磁悬浮轴承在开环控制下的静态刚度测量系统。该系统利用LabVIEW软件开发测量平台,由X-Y-Z电控精密位移台、六自由度力传感器、激光位移传感器及高分辨率电流表等设备组成,并由工控机统一控制各测量单元,实现自动测量、自动采集与数据存储等功能,具有自动化程度高的优点。     

差动变压器式位移传感器及其在磁悬浮轴承中的应用

针对差动变压器式位移传感器的性能及其在磁悬浮轴承中的应用,理论分析传感器与磁悬浮轴承转子之间加入不同隔层时对传感器输出的影响;对传感器进行静态和动态标定,并将其应用于2自由度和5自由度磁悬浮轴承试验台进行静态和动态悬浮。研究结果表明：该传感器测试范围在–0.5～＋0.5 mm时,线性度可达±1.38%,灵敏度为20.18 mV/μm,截止频率在800 Hz左右;理论分析加入非导磁隔层不影响传感器性能,但实际中涡流、漏磁等多方面原因将影响传感器的静动态性能;在2自由度试验台上实现磁悬浮转子2自由度的静态悬浮,不加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于5 μm,加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于10 μm;在5自由度试验台上实现了磁悬浮转子的高速旋转,转速为30 kr/min,不加隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,加入隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,但波形没有不加隔层时规则。研究结果为差动变压器式位移传感器的设计,并将其应用于磁悬浮轴承系统中提供一定的理论和试验基础。     

基于小波变换的磁悬浮轴承冗余位移传感器故障诊断方法

对位移传感器进行故障诊断,采用冗余位移传感器技术,可有效的提升磁悬浮轴承系统的可靠性。针对磁悬浮轴承系统中交叉冗余方式的位移传感器,提出了一种结合硬件冗余和小波分析的磁悬浮轴承传感器故障诊断方法。通过冗余传感器输出值间的数值关系来初步判断系统中是否存在故障传感器,结合传感器输出值经小波变换后的信号中的局部极大值来进一步识别已故障了的传感器,并判断故障类型。基于MATLAB的仿真模型进行了仿真分析。仿真结果表明,提出的方法不仅能有效地识别故障传感器,判断传感器的故障类型,还能为磁悬浮轴承传感器容错控制提供基础。     

电磁轴承多传感器故障诊断研究

分析了电磁轴承多传感器故障的基本特征，提出了电磁轴承多传感器故障诊断方法——基于序列变量的多值逻辑代数方法。给出了该多值逻辑代数的定义，列举了常用定理，举例说明了推理过程。以该多值逻辑代数为指导，分析了电磁轴承多传感器故障诊断过程。对于出现了参数漂移的传感器，指明了克服参数漂移的修正措施。     

磁悬浮轴承-转子系统的机电耦合动力学模型

对磁悬浮轴承 -刚性转子系统建立了完整的机电耦合动力学模型 ,其中除了人们通常所考虑的陀螺效应外 ,着重考虑和增加了推力磁轴承对转子横向振动的耦合效应和由于轴颈倾斜所引起的径向磁轴承之间的耦合效应 ,以及控制系统的电学微分方程和传感器与磁轴承非共点安装对系统性能所带来的耦合影响。该模型可用于五自由度磁悬浮轴承 -刚性转子系统的机电耦合动力学性能研究     

轴向磁化双永磁环悬浮轴承静态磁力的研究

永磁悬浮轴承由于结构简单且不需要复杂的位置控制系统而具有相当的应用价值。基于永磁材料的线性退磁曲线,通过对双永磁环的磁路分析,利用间隙磁导的拟合计算公式,采用虚功原理法得到双永磁环轴向静态磁力的解析模型,该解析模型可以计算不同内外径的双永磁环悬浮轴承的轴向静态承载力,并设计了测量双永磁环间隙与磁力关系的实验装置,实验结果表明,永磁环磁力解析模型的计算值和实测值吻合较好,该方法能较好的计算出双永磁环悬浮轴承的静态承载力。     

飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度     

磁力轴承-转子-基础系统的耦合动力学分析

研究了基础运动对磁力轴承转子系统动力学特性的影响,结合转子运动方程和系统控制器的电学微分方程,分析了陀螺效应、传感器与磁轴承非共点安装对系统动力学性能的影响,建立了磁悬浮轴承-转子-基础系统的机电耦合动力学模型,应用所建模型对5自由度磁悬浮转子系统进行了动力学性能分析。结果表明,基础的支承刚度对转子的摆动频率及临界转速影响显著,该模型适用于5自由度磁悬浮轴承-转子-基础系统的动力学性能研究。     

Unbalance vibratory displacement compensation for active magnetic bearings

As the dynamic stiffness of radial magnetic bearings is not big enough,when the rotor spins at high speed,unbalance displacement vibration phenomenon will be produced.The most effective way for reducing the displacement vibration is to enhance the radial magnetic bearing stiffness through increasing the control currents,but the suitable control currents are not easy to be provided,especially,to be provided in real time.To implement real time unbalance displacement vibration compensation,through analyzing active magnetic bearings(AMB) mathematical model,the existence of radial displacement runout is demonstrated.To restrain the runout,a new control scheme-adaptive iterative learning control(AILC) is proposed in view of rotor frequency periodic uncertainties during the startup process.The previous error signal is added into AILC learning law to enhance the convergence speed,and an impacting factor influenced by the rotor rotating frequency is introduced as learning output coefficient to improve the rotor control effects.As a feed-forward compensation controller,AILC can provide one unknown and perfect compensatory signal to make the rotor rotate around its geometric axis through power amplifier and radial magnetic bearings.To improve AMB closed-loop control system robust stability,one kind of incomplete differential PID feedback controller is adopted.The correctness of the AILC algorithm is validated by the simulation of AMB mathematical model adding AILC compensation algorithm through MATLAB soft.And the compensation for fixed rotational frequency is implemented in the actual AMB system.The simulation and experiment results show that the compensation scheme based on AILC algorithm as feed-forward compensation and PID algorithm as close-loop control can realize AMB system displacement minimum compensation at one fixed frequency,and improve the stability of the control system.The proposed research provides a new adaptive iterative learning control algorithm and control strategy for AMB displacement minimum compensation,and provides some references for time-varied displacement minimum compensation.     

基于SMO的开关磁阻电机无位置传感器控制仿真研究

针对开关磁阻电机中位置传感器的引入用所带来的结构复杂程度以及系统的成本的提高、电机可靠性以及坚固性降低等问题,提出了一种新的基于滑模观测器的开关磁阻电机无位置传感器控制方法:采用五点法磁链模型,结合滑模观测器实现了转子位置无位置传感器控制。该方法以转速以及电机转子位置作为状态变量,以实际磁链以及估算磁链的偏差作为滑模面,构建出了滑模观测器,对转子位置进行了间接检测。然后利用Matlab仿真软件搭建出了12/8极开关磁阻电机的仿真模型,并在Simulink环境下对开关磁阻电机进行了仿真研究。研究结果表明,所给出的无位置传感器控制方法可以有效地估算出电机的转速以及转子的位置,测量得到的转子位置误差小,具有较好的鲁棒性以及抗干扰能力,动态性能较好。     

基于Halbach阵列的永磁轴承承载力解析模型及设计方法

基于Halbach阵列的永磁轴承能有效地增强永磁轴承的承载能力,具有广阔的应用前景。但目前关于Halbach阵列的永磁轴承的理论模型研究并不完善,缺少任意角度连续磁化的Halbach阵列永磁轴承的解析模型和设计方法,限制了其应用。研究针对Halbach阵列的永磁轴承,利用标量磁位的模型建立了永磁体阵列的磁场分布模型,在此基础上基于虚位移法建立了永磁轴承的承载力模型和支承刚度模型,并对永磁轴承的最大承载力和支承刚度特性展开了研究,给出了永磁轴承设计过程中的参考因素。最后利用有限元分析软件对所建立的理论模型和提出的结论进行了验证,取得了较好的效果。     

自检测磁轴承系统转子位置检测方法的研究

为了降低磁轴承的制造成本,提高可靠性和系统结构的紧密性,在介绍自检测磁悬浮轴承的位置自检测原理及结构的基础上,向线性功放的输入端加入一个高频信号进行调幅,然后让磁轴承线圈两端的电压经过谐振电路提取包含转子位移信息的高频电压信号并进行解调。将解调信号经过精密整流后,可得到一个脉动的直流电压信号,最后通过低通滤波就可得到反映转子位移的平滑直流电压信号。将该信号可作为反馈信号来控制磁轴承的转子位置。仿真结果表明:该自检测磁悬浮轴承系统可以成功检测转子位移。