电磁轴承刚度阻尼自动测试

针对电磁轴承刚度阻尼难以测量的问题,设计一套电磁轴承刚度阻尼测试系统,实现电磁轴承刚度、阻尼的自动测量.该系统激振器由自行研制的LabVIEW测试系统产生,电磁轴承传感器作为拾振器,自行研制的测量分析系统作为测量分析工具.给出电磁轴承的刚度和阻尼测量结果.根据本系统获得的电磁轴承支承转子的刚度、阻尼特性,对控制器的优化设计以及转子模型的优化设计有一定的指导意义.由于电磁轴承具有可控刚度和阻尼特性,因此可利用等效刚度和等效阻尼概念选择控制系统参数,简化设计过程.对实验室的样机台架进行具体分析,证实这种方法可行.分析结果还表明,若控制参数选择合理,将获得令人满意的减振效果.     

电磁轴承系统的位移刚度和电流刚度特性研究

以实际应用的电磁径向轴承和推力轴承为研究对象,从理论上详细分析差动激磁方式作用下的位移刚度和电流刚度的特性,探讨位移刚度和电流刚度对系统性能的影响.研究表明,在工程误差允许范围内,位移刚度和电流刚度可视为定值,即此时电磁力方程在应用上存在较大的线性区间,因此简化的线性化模型完全可满足控制器设计的需要,且线性区间随着控制精度提高而减小.研究结果为深入了解电磁轴承系统在可能工作范围内的全部性能以及控制器设计提供依据.     

推力电磁轴承的动态承载能力与动刚度计算

从工程设计的实用角度对两种类型的推力电磁轴承动态承载能力和动刚度作了进一步研究,并给出了两个实际工程设计计算例子。结果表明,该研究结果克服了前人的不足之处,可以方便地应用于实际工程设计。     

数字控制的电磁轴承系统的研究

本文介绍了电磁轴承系统的数字控制器的组成及基本工作原理,建立了数字控制器的等效传递函数。对数控电磁轴承系统进行了起浮仿真及频域分析。在此基础上选取了控制器参数并进行了实验,实现了１６ｋｇ水平转子的稳定起浮和高速旋转,转速超过１２,０００ｒ／ｍｉｎ。     

电磁推力轴承刚度非线性的研究

分别用电磁力理论公式和整体模型的有限元方法计算分析了电磁推力轴承的位置刚度和电流刚度随推力盘偏移量x的变化规律及影响因素。结果表明,电磁推力轴承的位置刚度和电流刚度存在着强烈的位移非线性现象,转轴漏磁和材料磁饱和影响了非线性关系的变化趋势。用有限元分析可以得出与实际情况更为符合的刚度曲线,从而为设计电磁轴承的控制系统提供更可靠的依据。     

基于刚度指标的电磁轴承线性化设计方法

以工程应用为背景,针对电磁轴承的结构设计,提出了一种基于控制刚度性能指标的线性化设计方法,该方法首次将控制性能与结构设计统一起来,具有较好的设计效果.文中给出了该方法的理论依据和详细的设计步骤,并以8磁极径向磁轴承为例进行了说明.     

基于刚度指标的电磁轴承线性化设计方法

以工程应用为背景,针对电磁轴承的结构设计,提出了一种基于控制刚度性能指标的线性化设计方法,该方法首次将控制性能与结构设计统一起来,具有较好的设计效果.文中给出了该方法的理论依据和详细的设计步骤,并以8磁极径向磁轴承为例进行了说明.     

电磁轴承刚度与阻尼特性的非线性研究

刚度与阻尼特性是电磁轴承重要的性能指标。对电磁轴承刚度与阻尼特性进行了非线性研究,建立了储能飞轮转子系统径向电磁轴承的非线性模型,推导了非线性情况下电磁轴承刚度与阻尼的计算公式,分析了电磁轴承刚度与阻尼的非线性特性,以及控制因数对刚度与阻尼的影响。研究结果表明,增大比例因数,可以使电磁轴承的刚度减小,达到正刚度时的转子位移范围同时减小。通过研究同时确认,电磁轴承阻尼受控制因数的影响较小。     

电磁轴承的数字控制系统设计

文章介绍了电磁轴承的基本组成及其工作原理,针对此设计了以TMS320F240为核心的数字控制系统,并提出了基于结构的Cascade控制算法,为非线性控制提供了设计基础.提出了以多文件工程结构的软件设计方法,提高了软件的可读性、可维护性和可扩展性;并对单自由度的电磁轴承进行实验,实现了稳定悬浮.     

电磁轴承力学特性的有限元分析

利用有限元法对轴向电磁轴承的磁场分布进行了数值模拟分析，并通过对某一实际电磁轴承的轴向轴承磁场分布及电磁力的分析计算，得出了轴向电磁轴承的承载力工作范围和静态刚度曲线，所得结果可作为轴向电磁轴承实际设计的准则。     

电磁轴承系统实现自动平衡的一种新方法

提出并论证电磁轴承系统中实现自动平衡的一种新方法 ,它将转子不平衡产生的效应等效为加入功率放大器信号输入端的干扰电压矢量。通过在功放信号输入端加入与转速同频且幅值和相位适当的电压旋转矢量 ,抵消转子不平衡产生的效应 ,从而使转子绕惯性轴旋转。试验表明提出的方法效果显著 ,简单实用     

径向电磁轴承气隙磁阻近似计算方法分析宰

利用同一个径向电磁轴承模型,将线性近似计算、积分型计算与有限元计算三种方法进行比较,结果表明积分型计算方法是有效的,尤其在工作间隙相对比较小时,积分型方法计算磁阻所产生的相对误差明显小于近似计算所产生的相对误差.此外,从绝对误差和相对误差两个方面分析线性近似计算气隙磁阻的精度,并给出具有三阶代数精度的磁阻计算公式.积分型计算磁阻的方法不但提高等效磁路分析精度,同时还为磁浮系统的分析提供一种微元化方法.     

径向电磁轴承线圈容错控制研究

针对径向电磁轴承线圈容错控制问题,以一个具有多极独立驱动结构的径向轴承为模型,先利用磁路法建立了此轴承电磁力的一般表达式,并用广义偏流线性化的方法将其线性化;然后在此基础上提出了一种基于控制器重构的容错方案。该方案考虑了磁路间的耦合作用,对不同磁极结构的轴承具有普遍适用性。仿真结果表明了方案的可行性。     

有源静电轴承的动刚度特性研究

针对补偿负刚度后的静电轴承一转子系统模型,讨论了PID控制参数与动刚度特性的关系,为根据刚度指标确定控制参数提供了理论依据。对三自由度静电球轴承的动刚度分析与实验结果表明,系统在低频与高频段具有较高的支承刚度,而中频刚度较低,刚度幅频特性曲线呈“浴盆”状。在系统通频带内,动态刚度主要由控制器参数决定,而高频刚度主要取决于转子的惯性项。在系统稳定区域,改变控制器参数可以灵活设定系统的动刚度特性。     

主动磁轴承转子系统动力学特性的研究

以电磁轴承支承下的高速转子系统为分析对象,以传统的转子动力学分析理论和方法为基础,结合电磁轴承系统分析理论和方法,研究电磁轴承支承条件下转子系统的动力学特性。应用基于系统传递函数的刚度、阻尼特性分析理论和方法,建立用于分析电磁轴承转子系统动力学特性的理论和方法。并对一个实用型１５０ｍ３制氧透平膨胀机样机的研制和试验进行指导和结果验证。     

电磁轴承最优刚度与系统结构参数关系的研究

电磁轴承系统中最重要的两个机电结构参数是定转子间气隙和定子静态偏置磁通密度,影响着支承刚度和承载力的基本特征;轴承的支承刚度大小和承载力的线性范围决定了轴承的基本性能。在Maxwell电磁力公式基础上,研究了这两个机电结构参数与轴承的基本性能的关系,得到了电磁力与位移之间线性与非线性关系的解析界限,并推导了在线性控制系统作用下,相对不同电磁轴承系统结构参数的最优线性范围和对应的最优刚度。     

磁悬浮飞轮结构模态振动控制

磁悬浮动量轮系统中,为避免中频段存在的两个结构模态振动破坏系统的稳定运行,采用特殊的控制方法对其进行抑制.为获取结构振动参数,通过一种非参数频域辨识方法对系统模型进行辨识,辨识结果显示其中一个结构共振频率随控制器刚度变化而发生显著变化.由于理论建模存在困难,使用一种基于叠代过程的方法抑制共振,叠代过程包括辨识与控制器参数的调整.在进行控制器设计时,分别采用基于零极点对与μ综合的方法进行控制器设计.试验证明叠代过程是有效的,两种方法设计出来的控制器均可以很好地抑制系统结构模态的振动.     

磁力轴承转子系统的力耦合和力矩耦合分析

为减轻或消除磁力轴承转子系统中存在的力耦合和力矩耦合,针对八极径向磁力轴承,在不考虑时间因数的情况下,以转子与定子的偏心为变量,分析和计算了电磁力的分布,推导了径向磁力轴承沿周向任意点处电磁力的表达式,提出了磁力轴承转子系统力耦合和力矩耦合概念,并推导出交叉耦合系数计算公式。计算结果表明：力耦合和力矩耦合总是存在的,结构设计无法解决,只有采用控制补偿的方法才能减少或消除这两种耦合。     

磁轴承磨床电主轴全局线性化研究

由于电磁力与电流和位移关系的非线性,当主轴工作点改变时,建立在局部线性化基础之上的主动磁轴承(AMB)系统的性能会产生很大的变化。AMB用于磨削主轴,特别是用于非圆工件的磨削加工,要求具有不随工作点改变的刚度性能和位移跟踪性能。在理论上给出了AMB系统工作点改变对系统性能的影响,并通过试验得到了验证。考虑到线性补偿方法的简单性,采用了线性补偿方法进行AMB系统的全局线性化。针对功率损耗和动态性能,比较了3种线性补偿方法：最小磁通(MIF)、磁通和不变(CFS)及磁通积不变(CFP),结果表明,MIF具有最小的功率损耗,而CFS具有最好的动态性能。测量了建立在全局线性化基础上的AMB系统的性能,结果表明,工作点改变时,AMB系统的性能几乎不随之而改变。     

基于结构动态特性的磁力轴承转子系统的设计

分析了径向磁力轴承动力学特性,计算了磁力轴承的刚度系数和阻尼系数。在此基础上,对磁力轴承的转子结构动态特性进行了有限元分析。提出了基于结构动态特性的磁力轴承转子控制系统的设计方法。