欠传感器磁悬浮转子测量系统的设计与研究

在磁悬浮转子系统的应用中，位移传感器的个数与布置是系统设计的一个重要课题。在此分析了磁悬浮转子应用系统的传感器空间布置的问题。提出了欠传感器磁悬浮转子系统的设计思想。并具体给出了一个欠传感器磁悬浮转子系统的测控方案。对欠传感器磁悬浮系统在三维空间的测量信号进行了研究，实现了测量信号各个分量的解耦与分离。     

磁悬浮转子系统耦合特性测试方法及测试台的设计

磁悬浮转子系统中，根据磁力轴承工作原理，径向磁力轴承内存在力耦合、磁耦合；径向磁力轴承之间存在力耦合、力矩耦合。这些耦合现象对磁悬浮转子系统的结构设计、系统建模和控制系统的设计都有影响。在对磁悬浮转子系统耦合特性研究的基础上，提出了磁悬浮转子系统耦合特性测试的实验方法。并且提出了相应测试实验台的设计方案。     

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。     

电涡流传感器检测磁悬浮转子轴向位移的方法

磁悬浮转子的轴向位移常常利用电涡流传感器从转子轴向方向来检测,这一方法具有一定局限性。针对这一情况,在分析了电涡流传感器的工作原理以及输出特性的影响因素后,研究了利用被测导体的台阶表面来检测导体沿传感器径向方向的位移的方法。在该方法中,采用与差动相反的思想,将关于被测导体对称布置的两个传感器的输出进行加和,来消除传感器线圈与导体间距离的变化对检测结果的影响。结合磁悬浮转子的特性,提出了磁悬浮转子轴向位移径向检测的方法,并进行了实验验证,结果表明传感器的输出电压之和与转子轴向位移之间具有良好的线性关系和灵敏度,验证了该方法的正确性和可行性。     

片状转子磁悬浮控制系统的研究

转子轴向尺寸大幅缩小后形状趋于片状,轴向转动惯量与径向转动惯量之比增大,称为片状转子。片状转子磁悬浮轴承系统因陀螺效应而存在耦合,随着转子转速的升高,耦合现象也随之加强。针对片状转子的数学模型,基于交叉反馈算法,推算了轴向三控制点间的交叉反馈系数,对系统进行Simulink仿真,仿真结果表明以此算法为基础开发的控制系统能够完全消除因陀螺效应产生的耦合作用。实验对比了分散控制系统和交叉反馈解耦控制系统下控制电流和位移的幅值。交叉反馈控制系统下的控制电流和位移有明显减小。     

传感器径向安装检测转子轴向位移的试验

在磁悬浮轴承中,经常采用转子轴向位移轴向检测的方法,但是不能满足某些空间受限场合的应用要求。针对此问题,本试验采用在转子回转表面加工台阶,传感器径向安装在台阶处,研究了不同安装间隙、不同高度台阶、不同转子径向位移情况下对转子轴向位移测量结果的影响。试验结果表明,在传感器线性测量范围内,传感器输出电压与转子轴向位移成正比,利用径向安装传感器对转子轴向位移进行测量的方法是可行的。     

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。     

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     

磁悬浮转子系统中涡流传感器的工作特性研究

根据涡流位移传感器的工作原理及其在磁悬浮转子系统中的应用,介绍磁悬浮转子的工作环境以及对传感器的影响,分析涡流传感器在变化磁场环境下的误差来源以及表现形式,设计实验并测试了涡流传感器在变化磁场环境中的工作特性。实验结果表明:磁力轴承的变化磁场以及磁滞特性也是影响涡流传感器测量精度的一个重要原因,磁悬浮转子检测系统需要考虑磁场环境对测量精度的影响,对进一步提高磁悬浮转子的控制精度具有重要的参考价值。     

磁悬浮转子轴向位置精度的实验研究

以实际涡轮膨胀机为对象 ,通过不同轴向传感器测量方式下实验结果的比较 ,研究了轴向控制电流、轴向工作载荷、变化的温度及磁场、转子及推力轴承的热膨胀等因素与转子轴向位置精度的关系。提出了一种用于实际涡轮膨胀机的具有冗余结构的三传感器测量方式 ,解决了转子轴向漂移问题。本文的分析方法也可用于转子径向位置精度的分析以及磁悬浮轴承转子系统的实时工况监测。     

磁力径向轴承几何中心自检测系统的研究

分析了磁悬浮主轴系统中径向轴承的几何中心与传感器分布中心的误差，以及上述误差对磁悬浮系统控制精度的影响。提出了磁悬浮径向轴承几何中心自检测的思想和自检测原理，以及磁悬浮主轴系统径向轴承几何中心自检测系统的硬件与软件的设计思路。分析和探讨了有关参数对测量精度的影响。     

超精密磁悬浮工作台及其解耦控制

给出了一个磁悬浮工作台的结构设计、建模、控制器设计、实时控制试验和试验结果。与国际上已有的类似研究相比,给出的方案使磁悬浮部分独立于直线电动机,以避免两者间的耦合问题。此外,在电磁铁的结构和传感器的布置上,均给出了全新的设计,其特点是即便不使用永久磁铁,电磁铁的静态功耗也比较小,以及在驱动和位置检测上安排了冗余。后者的有利之处是可获得结构上的对称性和解耦后各控制通道在噪声性能上的一致性,且能够更大程度地降低位移信号中的噪声,代价是需要增加一路位移传感器和功率放大器,以及需要略多的实时计算以实现解耦和消除冗余。     

磁悬浮硬盘转子机电耦合动力学分析

为研究磁悬浮硬盘转子的动力学特性,建立了一种基于状态空间的统一的动力学模型,同时将磁力轴承为弹簧阻尼支承系统建立简化的转子动力学模型,通过两种模型的计算结果分析,机、电、磁、控制相互耦合的作用,对磁悬浮硬盘转子系统的特征值有较大的影响。     

磁悬浮硬盘驱动器及其静电防护设计

磁悬浮硬盘可以提高硬盘的转速，减少寻道时间，提高存取速度。但完全悬浮在空中的硬盘会因与空气的高速摩擦而产生静电，危害硬盘信息存储的安全性。这里针对研究开发磁悬浮硬盘技术中的静电干扰问题，提出了安全可靠的解决办法。     

高速电主轴电动机—主轴系统的机电耦合动力学建模

针对高速电主轴系统具有复杂机电系统的特点,提出对高速电主轴系统进行机电耦合分析的观点。提炼并归纳了高速电主轴系统中存在的多物理过程、多参数耦合现象,给出高速电主轴系统全局耦合关系的框图。通过分析高速电主轴电动机—主轴子系统的结构及其耦合情况,得到了该子系统的机电耦合关系框图,并建立其物理模型。基于机电系统分析动力学理论,采用变分原理法,应用拉格朗日方程建立电动机—主轴子系统的电压方程和机械运动方程,将两组方程联立得到与该子系统物理模型相对应的数学模型,导出子系统的动力学方程,为进一步研究高速电主轴系统的机电耦合动力学性能提供理论基础。     

专用双刀立式车床主轴系统结构设计及分析

对加工法兰盘的专用双刀立式车床主轴系统的布置进行分析,根据双刀立式车床的受力特点,以及盘类零件的加工特点,给出合理的轴段布置及轴承布置.基于有限元的方法对主轴一般受力情况进行力学分析,得出车床主轴设计时首先应该满足设计要求.对于双刀立式车床主轴的设计给出一般性的思路.     

主动磁轴承电主轴的磨削试验

通过现场磨削试验检验主动磁轴承电主轴的磨削性能。磁轴承控制器是以浮点DSP芯片TMS320C32为核心构建的数字控制系统。针对轴承套圈内圆磨削时主轴转子受力的特点确定了合适的控制器参数,使电主轴静态稳定悬浮并以60kr/min工作转速稳定运转,同频振幅小于8μm,轴承刚度达到22~58MN/m。现场磨削试验表明该磁悬浮电主轴的磨削精度已基本达到要求,精磨磨削效率接近工业应用水平。     

精密离心机动平衡测试方法的研究

提出了一种新的动平衡测试方法。在精密离心机主轴轴线的某一纵截面内放置两个电容测微仪,测试主轴上下两个横截面在轴向方向的振动矢量。分析电容测微仪的输出信号,对静偶不平衡在双校正面上进行了分离。