適用于高速電機(jī)的混合型磁懸浮軸承設(shè)計及控制策略的研究.pdf

1、混合型磁懸浮軸承利用永磁體建立偏置磁場，功率損耗低，體積重量小，將其用于高速電機(jī)可使電機(jī)獲得更高的轉(zhuǎn)速與功率密度，在航空航天、機(jī)械加工等高速驅(qū)動領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文對適用于高速電機(jī)的混合型磁懸浮軸承的參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化、控制系統(tǒng)的數(shù)字控制策略及其開關(guān)功放的數(shù)字控制策略進(jìn)行了深入研究。
　　本文提出了一種基于漏磁與磁阻系數(shù)迭代計算的磁懸浮軸承參數(shù)設(shè)計方法，結(jié)合有限元法與解析法，通過迭代算法獲得磁場的磁阻系數(shù)與漏磁系數(shù)，提高了參數(shù)

2、的設(shè)計精度?；谠摲椒?，設(shè)計了一臺混合型三自由度磁懸浮軸承并進(jìn)行了三維有限元仿真驗證。最終制作了一套基于該磁懸浮軸承的五自由度高速電機(jī)磁懸浮軸承實驗樣機(jī)，實現(xiàn)了30000 rpm的穩(wěn)定懸浮，驗證了該設(shè)計方法的有效性。
　　本文研究了五自由度混合型磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的H∞控制及其優(yōu)化設(shè)計策略。根據(jù)奇異值曲線分析加權(quán)陣函數(shù)選擇規(guī)律，設(shè)計了H∞控制器。與傳統(tǒng)PID控制進(jìn)行了比較研究，仿真與實驗結(jié)果表明H∞控制器能夠有效的抑制系統(tǒng)干擾，具

3、有較強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定性。針對H∞混合靈敏度控制器階次高、不利于實際應(yīng)用的局限，本文利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近的特性，設(shè)計了一種簡單的階數(shù)低的磁懸浮軸承H∞優(yōu)化控制器。對設(shè)計的H∞優(yōu)化控制器進(jìn)行了起浮、靜態(tài)懸浮、動態(tài)懸浮及擾動實驗驗證，實驗結(jié)果驗證了本文設(shè)計的H∞優(yōu)化控制器的優(yōu)越性。
　　本文針對適用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的電流型全橋開關(guān)功率放大器，研究了其單周期數(shù)字控制策略。本文分別在單極性與雙極性不同的工作模式下，推導(dǎo)出單周期控制的數(shù)學(xué)模型

4、?；跀?shù)學(xué)模型，設(shè)計了單周期控制策略，并通過仿真驗證了數(shù)字控制策略的合理性。設(shè)計了全橋開關(guān)功放的原理樣機(jī)，分別對兩種工作模式下的控制策略進(jìn)行了實驗驗證。
　　采用五相六橋臂結(jié)構(gòu)作為磁懸浮軸承開關(guān)功放的主電路，可以進(jìn)一步降低開關(guān)功放的成本以利于磁懸浮軸承的推廣應(yīng)用。針對五相六橋臂控制算法復(fù)雜、五路電流輸出存在耦合的問題，本文提出了一種新型的五相六橋臂開關(guān)功放的數(shù)字控制策略，運用單周期控制的思想，固定公共橋臂占空比，進(jìn)而推導(dǎo)五路負(fù)載橋