新型低功耗永磁偏置混合磁軸承的研究.pdf

1、磁懸浮軸承是利用非接觸的磁力作用，將轉(zhuǎn)子懸浮起來，實(shí)現(xiàn)定子與轉(zhuǎn)子之間的無摩擦運(yùn)行。磁懸浮軸承具有無摩擦、噪音小、高轉(zhuǎn)速、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、真空超凈環(huán)境、高速機(jī)床、機(jī)械加工、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、運(yùn)輸醫(yī)療等領(lǐng)域。
　　為解決目前磁軸承結(jié)構(gòu)中存在的重力干擾、功耗大、磁路耦合、控制復(fù)雜、成本高等問題，本文提出了新型低功耗永磁偏置混合磁軸承的結(jié)構(gòu)。采用永磁“上吸下斥”作用力抵消轉(zhuǎn)子的重力；采用電磁與永磁之間的排斥力調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的徑向位移，可

2、以按“同增同減法”或PID（Proportion Integration Differentiation）算法調(diào)節(jié)±X和±Y方向上線圈的控制電流；采用電磁永磁與吸力盤之間的吸引力調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的軸向位移，軸向偏置電流為零，能降低電流消耗。在所用材料研究的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了與磁軸承結(jié)構(gòu)相符的重力抵消力、徑向調(diào)節(jié)力、軸向調(diào)節(jié)力表達(dá)式，得到了磁懸浮轉(zhuǎn)子單自由度和五自由度數(shù)學(xué)模型、位移剛度系數(shù)、電流剛度系數(shù)和S域傳遞函數(shù)，仿真了磁軸承結(jié)構(gòu)中的磁力線分布和

3、五自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子運(yùn)動情況。
　　研究了磁軸承的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)采用無傳感器檢測的“高頻注入?yún)?shù)估計(jì)法”測量轉(zhuǎn)子位移，節(jié)省電渦流位移傳感器，降低成本，內(nèi)環(huán)采用霍爾電流器件ACS712測量線圈電流，提高電流的響應(yīng)速度。設(shè)計(jì)了10路電流和5路位移輸入電路及10路PWM（Pulse Width Modulation）輸出電路，求解了電路的輸入輸出關(guān)系，得到了控制電路的傳遞函數(shù)，得到了雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，仿真了傳統(tǒng)PID控制下的

4、響應(yīng)曲線。為適應(yīng)建模不準(zhǔn)確，非線性、不確定、不確知系統(tǒng)的控制需要，研究基于RBF（Radial Basis Function）預(yù)測模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID算法，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的離線和在線訓(xùn)練，不斷修改權(quán)值，提高了系統(tǒng)的魯棒性和自適應(yīng)性，仿真表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID下的系統(tǒng)響應(yīng)具有更小的超調(diào)量和更短的穩(wěn)定時(shí)間。
　　搭建了磁懸浮實(shí)驗(yàn)臺，繪制了軟件流程圖，研發(fā)了CCS與VC++實(shí)驗(yàn)程序代碼，得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，實(shí)驗(yàn)表明：轉(zhuǎn)子位移波動在±0.1