磁力轴承刚度的实验测量方法

在磁力轴承研究中关于磁力轴承刚度存在两种不同的定义,从转子受力分析和控制系统传递函数角度看,这两种刚度定义之间存在差异。针对两种不同的刚度定义分别给出了其测量方法,并设计了磁力轴承刚度测量的实验系统。该实验系统可以实现磁悬浮转子静态悬浮、刚性旋转和柔性旋转工作状态下的刚度测量。     

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。     

磁悬浮轴承数字集成控制器的研究

研制了以数字信号处理器（TMS320F28335 DSP）为核心的磁悬浮轴承数字集成控制器,取代了一般的位置控制器和部分功率放大器环节,编制了相应的控制算法,采用试验方法研究了该数字集成控制器的静态和动态性能。将该数字集成控制器应用于五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统,实现了转子的静态稳定悬浮和高速旋转。研究结果表明,采用数字集成化的设计方法,能够优化磁悬浮轴承的电控系统,且具有成本低、程序的可移植性强、可靠性高、体积小等优点。     

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。     

轴向磁悬浮轴承支承特性理论分析和实验

磁悬浮轴承广泛用于高速旋转机械,磁悬浮轴承的支承特性对研究该系统的动力学问题具有重要影响。提出了准确地测量轴向磁悬浮轴承支承参数的通用方法,为磁悬浮轴承转子系统动力学仿真分析、优化设计提供了可靠的建模依据。以一轴向磁悬浮轴承为例,首先在理论上计算了力-电流系数和力-位移系数,然后采用载荷法进行实验测定,实验结果略小于理论计算结果,因为实际系统存在漏磁,所以这是合理的。实验测定磁悬浮轴承刚度阻尼的方法主要是利用外部激振力对系统的激振和测试得到的系统响应之间的关系来识别,采用力锤脉冲激振法,从轴向磁悬浮轴承稳定悬浮下的频响函数中,测出系统的刚度约为4.55×106N/m,阻尼约为748N.s/m。     

超高速数控磨床磁浮电主轴的研究

介绍了磁浮轴承的优点和发展现状，并通过现场磨削试验来检验磁浮轴承电主轴的磨削性能。磁浮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，同步振幅小，轴承刚度高。现场磨削试验表明：磁悬浮电主轴的磨削精度基本满足要求，精磨效率接近工业应用水平。     

基于灰色系统理论的径向主动磁浮轴承控制

建立了径向主动磁浮轴承在电流控制下的转子动力学方程模型，并推导出系统传递函数。针对高阶传递函数系统使用灰PID控制器，根据系统稳定的条件确定理想的控制环节参数。数值仿真结果表明，灰PID控制器与磁浮轴承系统相结合，实现了对转子稳定良好的控制效果。     

基于TMS320F28335DSP的磁悬浮轴承数字控制器的研究与设计

磁悬浮轴承系统能否正常运转,在很大程度上由其控制器决定,所以对磁悬浮轴承系统控制器的研究是极为重要的。以TMS320F28335 DSP和EPM240T100CN为主控芯片,设计了磁悬浮轴承数字控制板的硬件电路。在CCS3.3集成开发环境中编写了不完全微分PID控制策略的C语言程序。所研制的数字控制器成功地实现了转子的静态悬浮以及高速旋转,并在磁悬浮轴承试验台上进行了试验。试验结果表明:该数字控制器具有较好的控制性能。     

五自由度全永磁轴承系统的稳定悬浮特性分析

为探讨永磁悬浮轴承系统的稳定悬浮特性,从轴承刚度角度对五自由度全永磁轴承系统的稳定悬浮特性进行了分析。采用等效磁荷理论建立永磁轴承的承载力、承载力矩和刚度的数学表达式,并利用蒙特卡洛法对表达式中存在的四重积分进行求解。探究转子在受迫进动情况下以及受到外力矩干扰时继续保持稳定旋转所需要的最低临界转速。基于轴向永磁轴承与径向永磁轴承的结构,提出一种六磁环五自由度全永磁轴承系统结构模型,对全永磁轴承的转子系统承受轴向和径向外载荷的承载力、力矩和承载刚度进行分析,得出轴向可以承受外载荷而径向无法承受外载荷,即静态下轴向可以稳定悬浮、径向不能稳定悬浮,符合Earnshaw定理。利用刚性转子的陀螺惯性力矩来承受全永磁轴承系统的不平衡力矩和外力矩,从而保持转子定轴自稳定悬浮,并对系统稳定悬浮特性进行计算,结果表明转子在超过最低临界转速后是可以实现动态稳定悬浮的,具有一定的工程应用价值。     

基于变偏置电流方式的交叉反馈控制策略研究

建立磁悬浮飞轮电池试验台,通过理论分析和高速旋转试验,研究了交叉反馈控制策略对飞轮转子陀螺效应的抑制作用和对磁悬浮轴承转子系统动态性能的影响。在交叉反馈控制算法的基础上引入变偏置电流控制方式,根据系统在不同转速下的动态性能,调整磁悬浮轴承的偏置电流,使得磁悬浮轴承具有较低的涡流和磁滞损耗,同时系统也能够平稳越过临界转速。研究表明,采用基于变偏置电流方式的交叉反馈控制策略,能够保证飞轮电池系统具有较好的综合性能。     

汽车电磁式主动悬架技术综述

电磁式主动悬架兼具控制精确、系统响应快和节能高效等优点,对悬架运动的控制能力强,可以显著提升车辆的舒适性和操稳性。随着新能源汽车、电控系统以及悬架减振技术的发展,电磁式作动器在汽车悬架系统上的应用开始受到关注。文中对汽车电磁式主动悬架技术的研究和应用现状进行回顾和分析,并对其应用前景进行展望。     

Parameter estimation and statistical analysis on frequency-dependent active control forces

The active control forces of an active magnetic bearing (AMB) system are known to be frequency dependent in nature. This is due to the frequency-dependent nature of the AMB system, i.e. time lags in sensors, digital signal processing, amplifiers, filters, and eddy current and hysteresis losses in the electromagnetic coils. The stiffness and damping coefficients of these control forces can be assumed to be linear for small limit of perturbations within the air gap. Numerous studies have also attempted to estimate these coefficients directly or indirectly without validating the model and verifying the results.This paper seeks to address these issues, by proposing a one-axis electromagnetic suspension system to simplify the measurement requirements and eliminate the possibility of control force cross-coupling capabilities. It also proposes an on-line frequency domain parameter estimation procedure with statistical information to provide a quantitative measure for model validation and results verification purposes. This would lead to a better understanding and a design platform for optimal vibration control scheme for suspended system. This is achieved by injecting Schroeder Phased Harmonic Sequences (SPHS), a multi-frequency test signal, to persistently excite all possible suspended system modes. By treating the system as a black box, the parameter estimation of the “actual” stiffness and damping coefficients in the frequency domain are realised experimentally. The digitally implemented PID controller also facilitated changes on the feedback gains, and this allowed numerous system response measurements with their corresponding estimated stiffness and damping coefficients.     

自校正PID控制器在磁悬浮平台中的应用

利用动力学和电磁学方法建立了磁悬浮系统的数学模型,分析了系统的刚度阻尼与控制系统之间的关系,在数学模型的基础上以自校正PID结构针对磁悬浮平台设计了非线性控制器,并在磁悬浮平台上进行了实验,结果证实这种控制器具有完全的鲁棒性,良好的参数适应性,同时具有广泛的适用性.     

基于免疫原理的车辆主动悬架模糊PID控制的研究

针对可调刚度和阻尼的主动悬架,建立1/4车辆悬架动力学模型.借鉴免疫原理,结合模糊控制规律,设计了一种模糊免疫PID控制器.应用Matlab/Simulink控制系统软件进行计算机仿真.仿真结果表明,具有模糊免疫PID控制器的主动悬架的控制结果明显优于常规的模糊PID控制,提高了车辆乘坐舒适性和操纵稳定性.     

磁浮轴承的控制和动态过程研究

建立了磁浮轴承的近似非最小相位传递函数模型，并基于此模型设计了保证系统稳定的闭环控制器。通过控制系统仿真对控制器参数进行了整定，分析了在不同扰动下转子的位移变化、电磁力和刚度的变化以及转子在高速时失控的原因，探讨了控制器参数与电磁轴承刚度及运转稳定性之间的变化关系。     

磁悬浮支承振动半主动控制设计与仿真

利用DSP作为控制算法的核心器件,搭建了半主动减振系统,并将其应用于双层隔振系统中。通过调节PID控制器参数,改变电磁力从而获得系统的最佳刚度和阻尼。针对磁悬浮支承双层隔振系统的非线性和工作过程的复杂性,利用Simulink在非线性控制系统领域的仿真优势,建立磁悬浮支承的数学模型,将模糊控制、神经元控制分别和PID控制相结合进行仿真对比,仿真实验表明,神经元PID控制的动态性能和稳定性最佳,为磁悬浮浮筏隔振系统进行变刚度变阻尼控制提供可遵循的依据。     

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     

汽车分段线性悬架系统的运动稳定性分析

运用稳定性理论,针对由1/4车体建立的分段线性汽车悬架系统的运动微分方程,分析了其周期解的运动稳定性,得到了共振响应的稳定区域。并分析了车辆在行驶过程中随外激振频率以及外激振力变化的运动特性。讨论了非线性弹簧刚度、缓冲簧间隙等参数对周期解稳定性以及汽车分段线性非线性悬架的运动稳定性的影响。为汽车悬架系统振动的参数识别,优化设计和合理控制提供了理论依据。     

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。     

面向机动性与操纵稳定性的轮边集成底盘系统设计

配备独立转向系统的分布式驱动电动汽车在底盘动力学控制及机动性能方面具有突出的优势,然而悬架几何运动学特性与车轮大转向角之间的矛盾使得常规悬架系统结构已经无法满足分布式驱动电动汽车操纵稳定性与高机动性的双重需求。论文提出轮边集成底盘系统新型悬架结构方案,对悬架系统进行刚度、几何运动学以及零部件结构设计,并为其匹配转向系统和轮内驱动系统。通过运动干涉检查验证轮边集成底盘系统能够满足高机动性需求。对照常规双横臂悬架,考察了新型悬架的几何运动学特性与整车的侧向动力学特性,仿真验证了轮边集成底盘系统能够满足操纵稳定性需求。