自检测磁悬浮轴承系统的研究

基于差动变压器原理 ,提出从控制电磁铁线圈的两端提取因偏置磁通随位移变化而互感的诱导电压 (电流 ) ,作为反馈信号构成闭环控制的自检测磁悬浮轴承系统。偏置电磁铁采用脉宽调制 (PWM )电压信号驱动。所要检测的互感电压 (电流 )信号的PWM的电流频率的成分是电磁铁互感系数的函数 ,互感系数又是转子气隙位移的函数。该信号经过全波整流得到与转子位移成比例的电压信号 ,将该位移信号由PID控制器转换为调整转子位移的控制信号     

无传感器磁轴承转子位置检测与研究

主要研究一种无传感器磁轴承转子位置自检测的方法,该方法不需要专用的位移传感器。由于线圈的电感是转子位移的函数,故其两端的电压也为转子位移的函数。在磁轴承系统的线性功率放大器的输入端注入一高频信号作为转子位置的测试信号,将线圈端电压经过谐振电路来提取含有位置信号的高频电压信号,再将电压信号进行精密半波整流后得到脉动的直流信号,最后通过低通滤波器得到平滑的转子位移直流信号,由PID控制器转换为转子位移的控制信号。仿真试验证明了该方法的可行性。     

纯电磁轴承自适应变偏置电流低功耗控制

针对高速磁悬浮电动机中纯电磁轴承采用固定偏置电流功耗较大的问题,在PID控制基础上介绍了一种自适应变偏置电流的控制方法,建立了PID控制比例环节与偏置电流和电磁轴承综合刚度间的关系模型,推出了电磁轴承功耗与偏置电流间的关系,结合约束条件,得到了最低功耗时偏置电流与转子位移和电磁轴承综合刚度间的函数关系。在控制过程中,电磁轴承综合刚度是对比给定的,转子位移通过电涡流位移传感器进行检测。理论分析和试验结果均表明:该方法在保证系统稳定性的前提下,可以有效降低电磁轴承的功耗。     

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。     

永磁电磁轴承自检测控制原理

基于永磁电磁轴承(PMEB),从控制线圈两端提取因磁通随转子位移变化的电感电压(电流)作为反馈信号,以构成闭环控制的自检测磁悬浮轴承系统.建立系统的数学模型,分析自检测控制系统的检测原理,对该系统的试验结果进行分析.     

永磁电磁轴承自检测原理

为了降低磁悬浮轴承的制造成本,提高磁悬浮系统的动态性能,提出了自检测磁悬浮轴承系统.该自检测系统从电磁轴承控制线圈两端提取随位移变化的电感电压(电流)信号,作为反馈信号,构成伪微分反馈(PDF)控制的闭环自检测磁悬浮轴承系统.试验结果表明,该自检测磁悬浮轴承系统具有很强的鲁棒性.     

高速磁悬浮电动机的混合磁轴承最小电流控制

针对高速磁悬浮电动机位移传感器检测转子位移信号随温度漂移导致磁轴承控制系统稳定性变差,甚至造成系统失稳的问题,在分散PID控制基础上提出了混合磁轴承最小电流控制策略。该方法不受位移传感器检测信号随温度漂移的影响,可保证高速磁悬浮电动机转子的稳定悬浮。试验结果表明,最小电流控制策略能够实现转子的稳定悬浮,抑制了传感器温度漂移对系统稳定性的影响,同时控制电流达到最小。     

基于磁电传感器的转子偏心距检测

为了解决现有转子偏心检测方法系统建模复杂、多路信号同步采集存在相位误差的问题，提出了一种基于磁电传感器的偏心检测方法。首先分析了磁电传感器检测机理，得到磁电传感器电压与感应间隙之间的函数关系，改变信号盘结构设置键相信号并推导磁电传感器键相信号电压波形。针对传感器键相信号电压波形，设计转子偏心距检测算法。并以DSP28335微控制器为核心，搭建硬件检测系统对该检测方法进行验证。在不同转速的情况下得到转子偏心距参数。结果表明：该偏心距检测方法能够准确的对转子偏心状态进行检测，对工程具有一定的实践意义。     

电磁轴承中PWM开关功率放大器的实现

在电磁轴承中为了提高功率放大器的效率,一般采用PWM开关功率放大器。功率放大器控制电磁轴承中电磁铁线圈的电流,以获得轴承悬浮所需要的吸力。因此,电磁线圈电流的控制精度和速度将直接影响电磁轴承的悬浮特性。功放设计中,以电流型PWM控制器UC3842为控制核心,产生控制模拟开关通断时间的PWM信号;采用新型的高侧电流传感器AD628检测电磁线圈中的电流,并进行放大作为反馈信号,所设计的PWM开关功放应用于磁悬浮轴承中,其控制精度和速度达到了磁轴承悬浮的应用要求。     

永磁同步电机转子初始位置检测

转子初始位置检测是一项专业性很强的工作,操作过程复杂。以往检测永磁同步电机初始位置时总会出现电机抖动或者过于依赖电机参数等情况。针对这一问题,采用高频电压信号注入法进行检测,效果极佳。它的使用原理是低通滤波三相高频电压信号的电流响应,对三相电流响应幅值进行比较,参考转子位置角是如何调制三相高频电流响应信号幅值的这一操作内容及方法,明确电机转子初始位置情况,依托电机磁路饱和效应对它的NS极性进行区分。该技术增加了电机初始位置检测的准确性,解决了传统检测过程中的各类问题。     

A micro-magnetic bearing using capacitive axial displacement sensing

This paper describes a one-axis-controlled micro-magnetic bearing (MMB) system that utilizes capacitive axial displacement sensing (CADS). The axial rotor displacement is measured using the variation in capacitance between the rotor and the electromagnet cores, which take the form of a flange. An MMB structure is proposed and designed to realize the CADS and achieve high magnetic stiffness for supporting the rotor. Experimental results for an MMB with 6-mm-diameter rotor show that the CADS was able to measure the axial rotor displacement with a resolution of about 1 μm in 10 kHz bandwidth and ±20 μm range. By using the CADS output as a feedback signal, the rotor could be levitated stably and rotated at about 10,000 rpm without external displacement sensors.     

Detecting the position of the moving-iron solenoid by non-displacement sensor based on parameter identification of flux linkage characteristics

Currently, most researches use signals, such as the coil current or voltage of solenoid, to identify parameters; typically, parameter identification method based on variation rate of coil current is applied for position estimation. The problem exists in these researches that the detected signals are prone to interference and difficult to obtain. This paper proposes a new method for detecting the core position by using flux characteristic quantity, which adds a new group of secondary winding to the coil of the ordinary switching electromagnet. On the basis of electromagnetic coupling theory analysis and simulation research of the magnetic field regarding the primary and secondary winding coils, and in accordance with the fact that under PWM control mode varying core position and operating current of windings produce different characteristic of flux increment of the secondary winding. The flux increment of the electromagnet winding can be obtained by conducting time domain integration for the induced voltage signal of the extracted secondary winding, and the core position from the two-dimensional fitting curve of the operating winding current and flux-linkage characteristic quantity of solenoid are calculated. The detecting and testing system of solenoid core position is developed based on the theoretical research. The testing results show that the flux characteristic quantity of switching electromagnet magnetic circuit is able to effectively show the core position and thus to accomplish the non-displacement transducer detection of the said core position of the switching electromagnet. This paper proposes a new method for detecting the core position by using flux characteristic quantity, which provides a new theory and method for switch solenoid to control the proportional valve.     

基于圆度误差的磁力轴承动态特性研究

主动磁力轴承系统的位移反馈是基于传感器检测的非接触圆表面,将导致表面圆度误差引入到位移反馈信号中.从圆度误差的机理分析出发,推导了误差与干扰电流的数学关系,仿真分析了圆度误差对磁力轴承动态特性的影响.研究结果表明:圆度误差对高频率的转子影响较大,该影响可通过修正控制参数来减小.这一结论对磁力轴承的加工制造和控制有一定的指导意义.     

电磁轴承-无轴承电机系统在转子主动控制的应用研究

主动磁轴承借助电磁力来控制转子的振动,无轴承电机在实现转矩控制的同时实现电机的悬浮控制。本文在对永磁偏置三自由度电磁轴承和两自由度无轴承电机的磁悬浮机理一般性描述的基础上,分析了其产生的悬浮控制力。并以转子电磁振动为研究对象,结合电磁轴承和无轴承电机的特点,提出利用一种新型的五自由度磁悬浮异步电机作为执行机构对转子电磁振动进行主动控制,实现了转子系统稳定工作。此系统可以有两方面的应用,既可以用做转子的支承,也可以用做转子振动主动控制的增稳。     

磁悬浮飞轮用可重复电磁锁紧装置的设计与试验

针对磁悬浮飞轮用基于机构自锁原理的可重复电磁锁紧装置,分析其原有显式电磁铁执行机构的电磁力学特性,得知其最小解锁残余力过大,若采用隐式电磁铁,可以消除解锁残余力,从而提高锁紧装置解锁可靠性。采用等效磁路法对隐式电磁铁进行磁路分析,并给出该电磁铁在执行锁紧、保持锁紧、执行解锁和保持解锁四种状态下的力学模型。利用电磁场数值分析法,对隐式电磁铁进行实例设计,并通过卫星发射过程中的正弦扫频振动和随机振动试验,检验改进后的锁紧装置对飞轮系统的保护效果。结果表明,锁紧装置的最小解锁残余力为0.25 N,远小于原有显式电磁铁方案(29.5 N),且振动测试中,飞轮定、转子的最大相对振动位移为70μm,最大位移振幅为10μm,都小于磁悬浮飞轮系统的保护间隙100μm。改进后的隐式电磁铁在提高解锁可靠性的同时,可有效地实现对飞轮系统的锁紧保护功能。     

比例电磁铁动态实验与建模仿真

通过电磁铁特性测试平台,采用简单的实验测试电路,完成了对电磁铁动态阶跃响应的数据采集工作。将电磁铁简化为电阻与非线性电感的串联模型,处理实验数据得到电磁铁的磁滞回线。通过优化等效电阻的方式,使磁滞回线满足电磁铁模型参数拟合要求,并进行了模型参数拟合。参数拟合过程中,将等效电感电压VL与耗散电流id之间的关系,简化为一阶系统,从而简化了模型拟合的过程。