光纤传感测量系统在超导转子旋转装置中的应用

介绍了超导转子旋转驱动原理以及应用在超导转子旋转装置中的一种光纤传感测量系统。光纤传感测量系统包括微位移光纤传感器、转速光纤传感器、电机控制光纤传感器和信号读取图形,该系统能够进行转子悬浮微位移和旋转速度的测量并提供转子旋转所需的控制信号。在4.2K低温下进行了转子悬浮旋转实验,超导球形转子悬浮微位移测量分辨率为10μm,转子转速达到了1013rpm。实验结果为进一步应用光纤传感测量系统精确监控超导转子工作姿态提供了参考。     

磁轴承用电涡流位移传感器串扰产生及抑制方法研究

针对磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)对位移传感器的特殊性能指标要求,设计了一种五自由度电涡流位移传感器系统,将径向探头和测量电路进行了集成一体化设计,对探头之间串扰产生的原因进行了理论分析,并提出在原有振荡电路上增加调整电容,通过调节调整电容值提高探头之间串扰频率使其无法通过后续滤波的方法抑制串扰,提高了转子的位移检测精度。实验结果表明,实现了转子在0～30000r/min范围内的稳定悬浮,悬浮精度小于20μm,满足了磁悬浮CMG电磁轴承对转子位移高精度检测的需求。     

多自由度磁悬浮球形主动关节机理及悬浮控制

提出一种新型多自由度磁悬浮球形主动关节,分析了关节产生磁悬浮力和电磁转矩的机理,基于状态重构原理实现转子的状态同步悬浮控制和无传感自检测反馈控制。通过仿真试验可知,状态同步悬浮控制精度高,抗干扰性强。     

力自由不平衡控制下的高速磁悬浮飞轮系统在线动平衡

针对高速磁悬浮飞轮转子的不平衡问题,提出了一种在力自由不平衡控制下的在线动平衡方法,用空气环境下低转速的在线动平衡替代真空环境下的高转速在线动平衡,以实现兼顾高效率和高精度的在线动平衡。通过分析磁悬浮转子系统的不平衡模型和比较各不平衡控制模式下校正质量的求解方法,得出在力自由控制模式下,磁轴承的同频控制电流为零,电磁力在线性化范围内仅是转子位移的线性函数。因此根据转子的同频位移响应可解算动平衡校正质量。通过所设计的磁轴承力自由不平衡控制器使转子绕其惯性主轴旋转,获得了转子同频位移响应。由于系统参数的理论值与实际值存在一定误差,通过一次试重对转换系数矩阵进行了校正。实验结果表明,通过一次试重校正转换系数矩阵,再经过两次试转后即可实现高精度动平衡。另外,转子轴心轨迹显著减小、转子两端同频位移响应分别下降了77.29%和94.14%;在真空环境下,试验转子升速至500Hz时,转子的运行状况与低速状态一致,进一步验证了本文提出方法的有效性。     

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μ分析的鲁棒控制器在磁悬浮轴承中的应用

针对磁悬浮轴承电磁力线性化和位移传感器温漂现象等不确定性,建立了考虑参数不确定性的磁悬浮轴承-转子系统的摄动模型,基于该模型设计了一种基于结构奇异值μ分析的鲁棒控制器并进行仿真分析,结果表明控制器降阶前后转子能稳定悬浮在平衡位置,且对正弦干扰有一定抑制作用。在转子试验台上进行了悬浮和激振试验,结果表明：与传统PID控制方法相比,μ综合控制下转子起浮调节时间缩短了95%,稳定时抵抗内部激振扰动的能力均有较大改善,且在0.5 mm, 40 Hz和0.5 mm, 60 Hz正弦干扰下,μ综合控制下转子位移幅值分别降低了36.4%和40%,说明考虑模型参数不确定性情况下设计的μ综合控制器使系统具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。     

基于滑模和扩张状态观测器的双绕组无轴承磁通 切换电机转子悬浮控制策略研究

双绕组无轴承磁通切换电机是非线性多变量的复杂对象,传统的转速PI与径向位移PI控制存在超调大,系统易受外界扰动影响等缺点。基于滑模变结构控制思想,提出一种转子径向位移滑模控制策略。针对滑模控制中存在建模不准确,以及转子动力学模型中存在陀螺效应等问题,通过建立一种扩张状态观测器对系统扰动进行观测,并在滑模控制基础上加入扰动前馈补偿,设计出一种径向位移滑模控制与扩张状态观测器的复合控制策略。实验结果表明,所提径向位移滑模控制相比传统PI控制具有响应速度快、径向位移脉动小、抗负载扰动性强等优点。所提径向位移滑模与扩张状态观测器的复合控制策略,相比于径向位移滑模控制可有效减小转子径向位移脉动约30%,进一步增强了系统的鲁棒性。     

基于ANSYS/Rofordynamics的磁悬浮柔性转子运动特性研究

用ANSYS/Rotordynamic8分析软件建立了磁悬浮柔性转子的有限元模型;对转子的运动特性--临界转速、模态轨迹和振型进行了系统的计算和理论分析;研究了磁悬浮柔性转子模态轨迹的特性以及对位移测试信号的影响;同时,为同类磁悬浮柔性转子的悬浮控制提供理论参考.     

基于ANSYS／Rotordynamics的磁悬浮柔性转子运动特性研究

用ANSYS／Rotordynamics分析软样建立了磁悬浮柔性转子的有限元模型;对转子的运动特性——临界转速、模态轨迹和振型进行了系统的计算和理论分析;研究了磁悬浮柔性转子模态轨迹的特性以及对位移测试信号的影响;同时,为同类磁悬浮柔性转子的悬浮控制提供理论参考。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承负载力矩复合补偿的控制

提出一种基于角速率前馈与力矩观测相结合的磁轴承负载力矩复合补偿控制方法来提高双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子的悬浮精度。建立了双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子动力学模型,分析了内外框架转动情况下的磁轴承负载力矩。分别基于框架角速率前馈和力矩观测设计了磁轴承负载力矩复合补偿控制方法,分析了补偿后系统的稳定性。最后,利用实验室研制的样机搭建试验平台对本文所提出的方法进行了实验验证。结果表明:在框架以角加速度120(°)/s2启动至10(°)/s时,该方法使转子Ax端位移跳动量减小为未补偿前的44.8%;内外框架以幅值频率10Hz正弦激励时,转子Ax、By端的位移跳动量分别减小为未补偿前的23.4%和35.5%。结果显示提出的方法有效地提高了磁悬浮转子在负载力矩扰动下的悬浮精度。     

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。     

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。     

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。     

磁悬浮球形磁阻电动机转子位姿描述与检测研究

转子位姿检测是磁悬浮球形磁阻电动机运行的重要环节,它包括了转子的位置检测和姿态检测.在球形磁阻电动机上建立三维坐标系,推导出转子姿态的描述方法.提出基于径向位移传感器和角位移传感器计算转子姿态的方法,该方法通过球面的几何关系,由传感器检测出的数据计算出球体的姿态矩阵,通过坐标系的旋转与位置变换算出球体上任意-点的位置坐...     

加速度输入的履带车辆悬挂系统LQR控制建模与仿真

建立了以加速度作为路面激励输入信号,且考虑非悬置质量的履带车辆二自由度二分之一车辆力学模型,选定状态变量,推导出悬挂系统状态方程和振动微分方程。基于线性二次型(LQR)最优控制理论的主动控制算法得出最优控制力,依据磁流变阻尼器半主动限界Hrovat控制算法追踪最优控制力,实现悬挂系统磁流变阻尼半主动控制。对典型正弦路面激励下履带车辆悬挂系统的主动、半主动控制效果进行了仿真,并与被动控制效果进行比较。结果表明,建立的力学模型可信,算法能很好控制车体位移和加速度。     

用于转子振动主动控制的数字式磁悬浮控制器的研究

交叉刚度是引起轴承－转子系统不稳定的主要因素之一［２］。以系统增稳为目的，本文提出了一种利用闭环磁悬浮振动控制器对转子施加主动交叉刚度力以削弱原系统交叉刚度，促使系统稳定的方法。笔者以ＩＮＴＥＬ８０９８十六位单片机为核心构成磁悬浮数字控制系统，软件设计以数字系统模拟化设计技术为前提，采用稳定性较好的双线性变换法实现复频域传递函数到离散域传递函数的转换。实验研究表明，该磁悬浮系统以非线性ＰＩＤ控制规律作为控制算法实现的磁悬浮轴承可使转子单端悬浮并具有较为良好的动态特性。     

汽车悬架系统混沌运动的自适应反演滑模控制

从存在干扰作用的不确定性汽车悬架系统出发,结合反演设计理论,提出悬架系统混沌运动的自适应滑模控制方法。该方法利用自适应律对系统所受不确定性因素进行估计,采用Lyapunov函数理论证明该控制器的渐进稳定性。仿真结果表明：即使存在悬架系统参数时变、模型不确定以及不同等级路面激励干扰情况,该控制方法也能对悬架系统混沌运动进行有效控制,使无序的振动位移和速度向稳定状态转变,且其数值大幅降低,同时悬架系统的垂直振动加速度也明显减小,车辆行驶的平顺性和安全性提高。由于控制器不依赖汽车悬架系统模型中的非线性项,且控制器中的自适应干扰估计能有效抵消不确定性因素所带来的影响,具有良好的自适应性和鲁棒性,因此研究结果可望为设计汽车可控悬架系统、提高乘坐舒适性,提供有用的控制方法参考。     

磁悬浮转子振动主动控制综述

利用磁悬浮系统的可控性,应用于转子的振动控制,将会进一步提高转子的旋转精度.本文阐述了磁悬浮系统控制转子振动的研究现状,磁悬浮系统的结构,工作原理及磁悬浮系统的优点.并且分析了将磁悬浮系统应用于控制转子振动的两种方法,指出现在这两种方法的缺点.并介绍了点磁悬浮动力吸振器的优点.在文章的最后提出了研究这种系统所要面临的问题.