磁力軸承反向差動驅動控制的理論及實驗研究.pdf

1、主動磁力軸承是利用電磁力懸浮轉子及載荷的一種支承形式。與普通機械軸承相比,主動磁力軸承具有無機械接觸和電磁力可控可調等特點,所以磁力軸承在超潔凈和高速等環(huán)境下的應用具有獨特的優(yōu)勢。磁力軸承轉子的控制精度和動態(tài)響應性能在很大程度上決定著磁力軸承的推廣應用。伴隨著工業(yè)化進程推進,磁力軸承開始趨向于超高速和超精度方向發(fā)展,欲要獲得這種高性能的磁力軸承,尋找一種新型的勵磁方式十分有必要。
　　本文圍繞改善磁力軸承轉子的動態(tài)性能為主題,提出

2、了反向差動驅動控制磁力軸承,并對其進行了理論和實驗研究。主要研究工作如下:首先,介紹了主動磁力軸承的工作原理和電磁力的計算公式;介紹了常規(guī)差動磁力軸承工作原理,建立了單自由度常規(guī)差動驅動控制磁力軸承的動力學方程和仿真模型的動力學方程;在常規(guī)差動磁力軸承的基礎上,描述反向差動驅動控制磁力軸承工作原理,并建立單自由度反向差動驅動控制磁力軸承的動力學方程和仿真模型的動力學方程。其次,基于PID控制算法,在預設的參數下分別對常規(guī)差動驅動控制和反

3、向差動驅動控制的MATLAB仿真。仿真分懸浮、懸浮后位移激勵、懸浮后加速度激勵三個步驟進行,同時也仿真出反向差動驅動控制在不同電磁鐵線圈匝數比的控制效果。仿真結果顯示:反向差動驅動控制在超調量、調整時間和穩(wěn)態(tài)誤差等反映控制品質方面均優(yōu)于常規(guī)差動驅動控制。接著,依據仿真結果提供的參數,簡化磁力軸承控制的自由度,設計了單自由度反向差動驅動控制的實驗裝置。并詳細介紹了實驗裝置的機械結構部分和電子控制部分。最后,分靜態(tài)懸浮和周期振動激勵兩個階段

4、,通過改變反向差動驅動控制實驗裝置上電磁鐵線圈的連接方式,分別進行反向差動驅動控制和常規(guī)差動驅動控制實驗。詳細介紹了兩種驅動方式的實驗過程和實驗結果對比。實驗研究表明:相同的控制環(huán)境,同一組PID參數下,反向差動驅動控制相對于常規(guī)差動驅動控制在超調量、調整時間和靜態(tài)懸浮穩(wěn)態(tài)誤差方面的表現出優(yōu)越性,但是在周期振動激勵是穩(wěn)態(tài)誤差稍大。試驗中還發(fā)現當電磁力一定時,轉子或者銜鐵的質量對控制效果有很大影響。實驗雖沒有獲得像仿真那樣完美的結果,但是