小轴向尺寸磁悬浮转子系统机械耦合的研究

分析了小轴向尺寸磁悬浮转子系统的机械耦合问题。导出了磁悬浮转子系统在三维空间的机械耦的计算方法，给出了各参数在小轴向尺寸情况下对机械耦合的影响曲线。在此基础上，探讨了小轴向尺寸磁悬浮转子系统中传感器的布置及测量方式对机械耦合的影响。得出磁悬浮转子系统的机械耦合是由系统的机械结构特性导致的，传感器的个数及其空间安置位置对机械耦合有影响等结论。     

磁悬浮转子系统中涡流传感器的工作特性研究

根据涡流位移传感器的工作原理及其在磁悬浮转子系统中的应用,介绍磁悬浮转子的工作环境以及对传感器的影响,分析涡流传感器在变化磁场环境下的误差来源以及表现形式,设计实验并测试了涡流传感器在变化磁场环境中的工作特性。实验结果表明:磁力轴承的变化磁场以及磁滞特性也是影响涡流传感器测量精度的一个重要原因,磁悬浮转子检测系统需要考虑磁场环境对测量精度的影响,对进一步提高磁悬浮转子的控制精度具有重要的参考价值。     

磁悬浮轴承横向磁通传感器设计与分析

横向磁通传感器因结构紧凑和高检测精度在磁悬浮轴承系统中具有广阔的应用前景。 随磁悬浮轴承技术的发展,对横 向磁通传感器的检测性能提出了更高要求。 为进一步提升横向磁通传感器的性能,满足磁悬浮转子高精度位移监测需求,本文 针对灵敏度指标对传感器进行设计与分析。 通过建立传感器的数学模型和电磁场有限元分析,研究了激励频率和线圈参数之 间的关系。 对传感器线圈匝数与灵敏度的相关性进行了数值研究,从检测转子的角度分析了趋肤效应对传感器灵敏度的影响。 设计了传感器信号处理电路实现由位移信号到电压信号的转换,并搭建实验平台对传感器的输出特性进行测量。 实验结果表 明,当灵敏度为 20 mV/ μm、检测范围为±500 μm 时,传感器的线性度为 0. 69% ,且具有良好的动态特性,适用于磁悬浮轴承系 统的转子高精度径向位置检测。     

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。     

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。     

传感器径向安装检测转子轴向位移的试验

在磁悬浮轴承中,经常采用转子轴向位移轴向检测的方法,但是不能满足某些空间受限场合的应用要求。针对此问题,本试验采用在转子回转表面加工台阶,传感器径向安装在台阶处,研究了不同安装间隙、不同高度台阶、不同转子径向位移情况下对转子轴向位移测量结果的影响。试验结果表明,在传感器线性测量范围内,传感器输出电压与转子轴向位移成正比,利用径向安装传感器对转子轴向位移进行测量的方法是可行的。     

电涡流传感器检测磁悬浮转子轴向位移的方法

磁悬浮转子的轴向位移常常利用电涡流传感器从转子轴向方向来检测,这一方法具有一定局限性。针对这一情况,在分析了电涡流传感器的工作原理以及输出特性的影响因素后,研究了利用被测导体的台阶表面来检测导体沿传感器径向方向的位移的方法。在该方法中,采用与差动相反的思想,将关于被测导体对称布置的两个传感器的输出进行加和,来消除传感器线圈与导体间距离的变化对检测结果的影响。结合磁悬浮转子的特性,提出了磁悬浮转子轴向位移径向检测的方法,并进行了实验验证,结果表明传感器的输出电压之和与转子轴向位移之间具有良好的线性关系和灵敏度,验证了该方法的正确性和可行性。     

磁力轴承-转子-基础系统的耦合动力学分析

研究了基础运动对磁力轴承转子系统动力学特性的影响,结合转子运动方程和系统控制器的电学微分方程,分析了陀螺效应、传感器与磁轴承非共点安装对系统动力学性能的影响,建立了磁悬浮轴承-转子-基础系统的机电耦合动力学模型,应用所建模型对5自由度磁悬浮转子系统进行了动力学性能分析。结果表明,基础的支承刚度对转子的摆动频率及临界转速影响显著,该模型适用于5自由度磁悬浮轴承-转子-基础系统的动力学性能研究。     

磁悬浮转子轴向位置精度的实验研究

以实际涡轮膨胀机为对象 ,通过不同轴向传感器测量方式下实验结果的比较 ,研究了轴向控制电流、轴向工作载荷、变化的温度及磁场、转子及推力轴承的热膨胀等因素与转子轴向位置精度的关系。提出了一种用于实际涡轮膨胀机的具有冗余结构的三传感器测量方式 ,解决了转子轴向漂移问题。本文的分析方法也可用于转子径向位置精度的分析以及磁悬浮轴承转子系统的实时工况监测。     

基于位移信号的磁悬浮飞轮转速估计

针对测速传感器故障情况下磁悬浮飞轮不平衡振动抑制所需的高精度的转速信息的提取,提出了一种通过预先提取转子位移信号和转速信号构建BP神经网络模型,从而通过位移信号实时估计转速的方法;通过MATLAB/Simulink构建了磁悬浮飞轮系统模型,以仿真得到的位移和转速数据训练出一个神经网络模块,以此实时估计转速,得到恒速和变速两种情形下的转速估计结果,并与测速传感器获得的转速进行比较。仿真和实验结果证明,该转速估计方法在恒速和变速时均估计效果良好,实验估计误差不超过20 r/min。     

磁悬浮转子系统演示装置的研制

磁悬浮转子系统是磁力轴承的一个典型应用。介绍了一种科普用磁悬浮转子系统演示装置的基本结构、控制原理，并给出了基于MATLAB的径向磁力轴承的控制方案和仿真结果。     

差动变压器式位移传感器及其在磁悬浮轴承中的应用

针对差动变压器式位移传感器的性能及其在磁悬浮轴承中的应用,理论分析传感器与磁悬浮轴承转子之间加入不同隔层时对传感器输出的影响;对传感器进行静态和动态标定,并将其应用于2自由度和5自由度磁悬浮轴承试验台进行静态和动态悬浮。研究结果表明：该传感器测试范围在–0.5～＋0.5 mm时,线性度可达±1.38%,灵敏度为20.18 mV/μm,截止频率在800 Hz左右;理论分析加入非导磁隔层不影响传感器性能,但实际中涡流、漏磁等多方面原因将影响传感器的静动态性能;在2自由度试验台上实现磁悬浮转子2自由度的静态悬浮,不加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于5 μm,加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于10 μm;在5自由度试验台上实现了磁悬浮转子的高速旋转,转速为30 kr/min,不加隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,加入隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,但波形没有不加隔层时规则。研究结果为差动变压器式位移传感器的设计,并将其应用于磁悬浮轴承系统中提供一定的理论和试验基础。     

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.     

磁力径向轴承几何中心自检测系统的研究

分析了磁悬浮主轴系统中径向轴承的几何中心与传感器分布中心的误差，以及上述误差对磁悬浮系统控制精度的影响。提出了磁悬浮径向轴承几何中心自检测的思想和自检测原理，以及磁悬浮主轴系统径向轴承几何中心自检测系统的硬件与软件的设计思路。分析和探讨了有关参数对测量精度的影响。     

静电悬浮转子微陀螺微位移信号检测系统的设计

为实现对悬浮转子微陀螺转子五自由度的测量,提出了一种频分复用的微位移检测原理,主要介绍了多频率信号发生器,前置放大器,锁相放大器组成的测试系统,设计了一种基于DDS技术的多频率信号发生器和基于锁相放大原理的解调电路。实验和分析结果表明,该电路能实现多自由度微位移检测,设计的多频率信号发生器的频率分辨率能达到0．005821Hz,相位分辨率可以达到0．006rad,检测轴向灵敏度为1．34V／μm,检测径向灵敏度为0．092V／μm,测量电路的轴向位移分辨率为0．45nm,径向位移分辨率为6．6nm,转角的分辨率为0．25μrad,位移检测电路的分辨率,灵敏度和测量范围能够满足静电悬浮转子微陀螺的控制需要。     

基于实测信号回放的半实物仿真系统设计

实测信号的获取对控制系统的研究起着非常重要的作用。受环境因素等多方面因素的制约,实测信号往往很难获取,只能得到有限数字信号样本,试验中很难利用。本文设计了一套基于STC89C52单片机和DAC0832的半实物仿真系统,将存储的数字信号样本回放成原始的实测信号,节省了大量的场外时间和试验成本,为进一步的研究打下了基础。