电磁轴承的鲁棒控制与稳定性研究

针对电磁轴承存在控制稳定性的问题，应用Riccati方程研究了具有不确定因素影响电磁轴承控制的鲁棒稳定性。从理论上给出了电磁轴承的鲁棒控制器，利用阶跃载荷和正弦载荷分别进行了控制仿真研究，得出了数值仿真结果。研究结果表明：利用鲁棒控制器可实现电磁轴承在各种载荷作用下的有效控制。     

磁悬浮轴承的电磁设计计算研究

研究了电磁轴承偏置电流对其性能的影响，给出了电磁轴承电磁设计的基本原则和基本步骤，将电磁轴承的设计分成两个步骤，即不考虑铁心磁阻的初始设计和考虑铁心磁阻的校算设计．实际的样机设计表明，该方法不但简单明了，而且能够迅速达到理想设计方案．     

电磁轴承电气系统可靠性分析

为了提高电磁轴承的可靠性,对电磁轴承的电气系统进行了分析,绘制了可靠性框图,针对乙烯制冷压缩机中的电磁轴承的可靠性进行了计算,提出了电磁轴承电气系统中各组件的可靠性技术要求,并对故障原因及其影响作了分析,提出了提高电磁轴承可靠性的方法.     

电磁轴承控制系统参数与刚度,阻尼的关系

针对轴承－转子－控制器组成的主动型电磁轴承系统，分析了其控制系统的稳定性，提出了具有实际意义的三种刚度及阻尼定义。计算机辅助分析提供了分析电磁轴承系统动态性能及复刚度的理论依据。所得结果均和一个五自由度控制磁悬浮轴承系统的实验结果相一致。     

电磁轴承的力学特性

本文导出了主动型电磁推力轴承的承载能力、刚度、阻尼和稳定区域的解析表达式并对其进行了无量纲化计算，以ＰＤ和ＰＩＤ控制为例推导出调节参数与轴承设计参数、偏置电流的关系式和各种静、动力学特性曲线，为进一步研究多自由度控制的电磁轴承转子系统的动力学性能打下基础．本文的研究方法和部分结果也适用于电磁径向轴承．     

轴流式磁悬浮人工心脏泵磁悬浮轴承系统设计

人工心脏泵要求体积小、质量轻、功耗低。为契合上述要求,实现人工心脏泵转子的五自由度全悬浮,采用径向永磁轴承和轴向电磁轴承相结合的磁悬浮系统,在对轴流式人工心脏泵转子受力分析的基础上,提出了低功耗和单轴向电磁轴承这两种磁悬浮轴承系统结构设计方法,给出了采用这两种方法进行结构设计时,径向永磁轴承和轴向电磁轴承的设计原则。比较来看,采用单轴向电磁轴承结构设计方法虽然会增加电磁轴承的功耗,但是大大降低了系统的体积和质量;简化系统结构和电磁轴承的控制复杂性,更具优势。根据单轴向电磁轴承设计方法,设计并加工一台轴流式磁悬浮人工心脏泵原型机,成功实现转子的五自由度稳定悬浮,验证了所提方法的可行性,为磁悬浮人工心脏泵的结构设计提供参考依据。     

主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承上的动力学

采用有限元法建立了由滚动轴承组成的具有固定间隙的备用轴承-电磁轴承-柔性转子系统在电磁轴承失效前后的动力学方程，分析了转子的初始坠落位置、转速、转子不平衡量以及备用轴承的支撑阻尼和刚度对转子在坠落过程中的瞬态动力特性的影响。结果表明，即便转子系统在工作时的振动很小，初始脱离位置对转子在坠落过程中的动力特性具有明显的影响；柔性备用轴承的采用，特别是具有较大阻尼的备用轴承，不仅可以减小电磁轴承失效后转子在坠落过程中的振动及碰撞力，而且能够抑制在长时间内具有较大振动和碰撞力的在全间隙范围内的反向回转运动；随着转子不平衡量、备用轴承的支撑刚度及转子转速的增大，在坠落过程中备用轴承所受到的碰撞力和转子在全间隙范围内出现回转运动的可能性增大。     

以电磁轴承支撑挠性转子的鲁棒控制器设计

研究了含有参数不确定性的以电磁轴承支撑挠性转子的鲁棒H∞控制器，折衷考虑转子系统的外激励干扰衰减和转子系统参数摄动，将参数摄动转化为外扰动输入，建立了以电磁轴承支撑挠性转子H∞标准模型．数值仿真表明：建立的H∞标准模型合理；采用H∞控制设计的电磁轴承主动控制系统，能够有效的抑制参数摄动引起的扰动和持续的外激励干扰．     

电磁轴承支承特性的主动可控性研究

以PID控制的主动电磁轴承系统为基础,给出了电磁轴承支承特性理论表达式的参数构成,分析了比例、积分、微分控制参数和控制时滞对电磁轴承支承特性的影响,并通过针对性的实验,对电磁轴承支承特性的可控性及控制关系进行定量分析。实验结果表明:控制时滞决定了电磁轴承的支承特性是否与激振频率有关;控制算法中的积分项主要影响低频区等效阻尼的正负,对等效刚度的影响基本可以忽略;系统的固有频率和差动结构会使电磁轴承的等效刚度和等效阻尼值有所减小。     

电磁轴承支承特性分析及优化调节

为了使电磁轴承系统具有更好的悬浮稳定性,同时又能保持良好的支承性能,提出了一种电磁轴承支承特性优化调节的数值解析方法。以电磁轴承支承特性基本理论为基础,从电磁轴承系统稳定性和稳定裕度的角度出发,定量研究了支承特性的调节与系统稳定性的关系,并着重分析了系统时滞对支承特性调节的影响。实验结果表明:通过该优化调节方法调节电磁轴承支承特性,系统转子的振幅较小;加时滞模块的电磁轴承系统功率谱幅值明显大于不加时滞模块的系统。这表明该方法有效,时滞对系统支承特性的调节有阻碍作用。     

磁悬浮轴承的电磁设计计算研究

研究了电磁轴承偏置电流对其性能的影响 ,给出了电磁轴承电磁设计的基本原则和基本步骤 ,将电磁轴承的设计分成两个步骤 ,即不考虑铁心磁阻的初始设计和考虑铁心磁阻的校算设计 .实际的样机设计表明 ,该方法不但简单明了 ,而且能够迅速达到理想设计方案     

偏磁式消弧线圈工作机理研究(一)

通过建立数学模型和解析分析,揭示了偏磁式消弧线圈的工作机理,阐明了在直流控制绕组中不仅含有控制电源提供的直流偏磁电流,而且还含有由交流侧感应出的直流电流分量及一系列偶次谐波电流分量,在交流工作绕组电流中,不仅含有基波电流,而且含有一系列奇次谐波电流。研究了影响各电流分量大小的因素及各电流分量的变化趋势。     

偏磁式消弧线圈工作机理研究(二)

针对电工硅钢片的特点,将该类铁磁材料的磁化曲线简化为二段折线,定义了饱和度的概念,给出了控制绕组中感应直流分量、各偶次谐波分量、交流工作绕组中基波及各奇次谐波分量随着饱和度的变化关系。探讨了降低谐波含量,提高调节深度的方法。     

磁力轴承控制系统功率放大器研究

功率放大器是磁力轴承控制系统的一个重要组成部分,是影响磁力轴承性能的关键部件。针对磁力轴承的特点,从提高功率放大器的电流响应速度和能量转化效率出发,对功率放大器的控制电路和功率电路进行了研究,并研制了一台容量为12.4kVA的采样保持型磁力轴承功率放大器。实验结果表明,该功率放大器具有电流响应速度快、能量转化效率高等优点。     

电磁轴承系统刚度与阻尼特性的研究

电磁轴承系统中控制器的参数影响着系统的刚度和阻尼的基本特征,轴承刚度和阻尼特性决定了轴承的基本性能.在Maxwell电磁力公式基础上,分析了控制参数与轴承刚度和阻尼的的关系,得到了刚度、阻尼与控制参数之间的线性与非线线性关系解析解,并推导了在PID控制器作用下,电磁轴承系统的线性刚度.     

电磁轴承系统的动力学建模与运动稳定性分析

电磁轴承系统是一个复杂的机电磁综合系统.为了研究处在电磁轴承环节中的转子的基本动力学特性,需要提出数学研究方法.本文运用转子动力学、振动力学等理论工具,建立电磁轴承-转子系统的动力学模型,并对该系统的稳定性进行了分析,同时给出了具体的算例.     

主动磁悬浮轴承非线性控制决策的研究

主动磁悬浮轴承是一个典型的闭环控制系统,其特点是具有强烈的非线性,磁浮力正比于电流平方,反比于位移偏置量的平方。传统的PID控制器应用比较广泛,但其比例、积分、微分环节的调节参数都是采用试验的方法人工整定。这种方法不仅需要熟练的技巧,而且比较费时。当被控对象发生变化时,其参数也要进行相应的调整,也就是说这种PID调节器没有自适应能力。文章所设计的PID控制器中的各种参数是随系统动态特性不断变动的,它是专为非线性系统设计的,具有很强的自适应能力。仿真结果显示,该系统是可行的。     

Reduction of nonreciprocal errors in a differential interferometric fiber optical gyroscope using optically differential processing

The bias stability of differential interferometric fiber optical gyroscope is analyzed.Thermal error causing long-term bias drift are reduced by putting the 90°splice in the middle of the fiber coil and applying a wide spectrum light source.Also,a kind of novel optical differential processing,which is much more precise than the electronic differential processing,is proposed for reducing the residual nonreciprocal error in the final differential output.An experimental setup based on optical differential processing was built.An~100 fold reduction in the long-term bias drift is demonstrated experimentally compared with the primary differential interferometric fiber optical gyroscope.     

非叠片转子—电磁轴承系统磁场计算

分析了非叠片转子－电磁轴承系统的磁场力,给出了磁场分布模型及磁浮力和切向力的计算公式,并以实际电磁轴承为例,进行了相应计算,结果表明,实例计算结果与理论分析一致。     

基于CMAC神经网络的主动磁轴承控制研究

对CMAC神经网络的工作原理进行了简要讨论,针对主动磁轴承具有本质不稳定性和高度非线性动态特性的特点,提出了一种基于CMAC神经网络的非线性控制方案以改善系统的特性.对某单自由度磁轴承的仿真研究表明,CMAC神经网络控制器抗扰动能力强,同时其他控制品质也比传统PID控制器好.