電磁軸承用功率放大器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電磁軸承是一種利用可控電磁力將轉(zhuǎn)子無(wú)接觸懸浮支承的新型高性能軸承。作為一種革命性的支承技術(shù),電磁軸承受到了國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛重視。
　　 功率放大器作為電磁軸承的重要組成部分,它的作用是把控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流／電壓／磁通以產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮的電磁力。電磁軸承用功率放大器按能量轉(zhuǎn)換方式分為線性功率放大器和開關(guān)功率放大器,按電磁軸承控制方案所需功率放大器的輸出物理量分為電流型、電壓型和磁通型功率放大器。由于開關(guān)功率放大器具有

2、效率高、損耗小等優(yōu)點(diǎn),所以在電磁軸承中得到了廣泛的應(yīng)用.本文對(duì)電磁軸承用功率放大器的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,論文分為3個(gè)部分。
　　 第一部分對(duì)電磁軸承用功率放大器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,提出了本文研究的目的、方法和內(nèi)容。
　　 第二部分對(duì)電磁軸承用開關(guān)功率放大器的PWM技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 首先,分別從工作原理、電路結(jié)構(gòu),動(dòng)態(tài)性能,諧波分布等方面對(duì)電磁軸承用兩電平PWM開關(guān)功率放大器的三種PWM技術(shù)作了分析和比

3、較,并對(duì)其性能進(jìn)行了理論仿真及實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
　　 其次,為了改善兩電平PWM開關(guān)功率放大器的電流紋波較大的問題,研究了三電子PWM技術(shù)。由于三電平PWM技術(shù)比兩電子PWM技術(shù)要復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)的方法也較多,所以尋找一種簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、可靠性高的三電乎PWM技術(shù)對(duì)三電平PWM開關(guān)功率放大器的發(fā)展及應(yīng)用具有重要的意義。為此,本文提出了一種改進(jìn)型不對(duì)稱三角波比較法三電平PWM開關(guān)功率放大器和一種雙滯環(huán)三電子PWM開關(guān)功率放大器,并對(duì)其性能進(jìn)行了理

4、論仿真及實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
　　 然后,針對(duì)一種常見的改進(jìn)型對(duì)稱三角波比較法三電乎PWM開關(guān)功率放大器輸出電流波形有時(shí)會(huì)與理論上的三電子波形不一致,在相同的開關(guān)頻率下,其電流紋波比理論值大很多,波形出現(xiàn)失真的機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)合不同的三角波載波方式得到了失真現(xiàn)象背后兩種改進(jìn)型三角波比較法三電平PWM開關(guān)功率放大器失效的機(jī)制,發(fā)現(xiàn)本文所提出的改進(jìn)型不對(duì)稱三角波比較法三電子PWM開關(guān)功率放大器相比改進(jìn)型對(duì)稱三角波比較法三電平PWM開關(guān)功率放

5、大器更容易避免失真,具有更高的可靠性,并通過理論仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了理論分析的正確性,給出了一些避免改進(jìn)型三角波比較法三電平PWM開關(guān)功率放大器失效的一些措施。
　　 第三部分對(duì)磁通型功率放大器進(jìn)行了研究。
　　 為了設(shè)計(jì)出能夠準(zhǔn)確觀測(cè)氣隙磁通的磁通觀測(cè)器,首先分析了電流型磁通觀測(cè)器和電壓型磁通觀測(cè)器在電磁軸承中進(jìn)行全頻段磁通觀測(cè)時(shí)存在的問題,提出了在低頻段利用電流型磁通觀測(cè)器在高頻段利用電壓型磁通觀測(cè)器進(jìn)行磁通觀測(cè)的組

6、合型磁通觀測(cè)器。推導(dǎo)出了采用組合型磁通觀測(cè)器的磁通型功率放大器的數(shù)學(xué)模型,建立了磁通型功率放大器的力增益模型,并利用有限元方法和一個(gè)單自由度電磁力測(cè)量裝置對(duì)力增益模型進(jìn)行了驗(yàn)證分析。并分別在一個(gè)靜態(tài)負(fù)載,一個(gè)單自由度和一個(gè)四自由度的電磁軸承實(shí)驗(yàn)裝置上對(duì)磁通型功率放大器的性能及特點(diǎn)做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 其次,針對(duì)組合型磁通觀測(cè)器的磁通觀測(cè)值易受電磁鐵線圈電阻變化的影響,基于模型參考自適應(yīng)理論(MRAC)提出了一種電阻參數(shù)自整定的方

7、法,利用局部參數(shù)最優(yōu)化方法和李亞普諾夫穩(wěn)定理論分別對(duì)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),比較了通過兩種設(shè)計(jì)方法得到的自適應(yīng)觀測(cè)器及磁通型功率放大器的性能差別。
　　 為了解決組合型磁通觀測(cè)器中的切換點(diǎn)設(shè)置對(duì)觀測(cè)器及磁通型功率放大器性能的影響,提高組合型磁通觀測(cè)器的觀測(cè)性能,分析了組合型磁通觀測(cè)器的切換點(diǎn)與系統(tǒng)參數(shù)及觀測(cè)器性能之間的關(guān)系,給出了切換點(diǎn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。針對(duì)組合型磁通觀測(cè)器的最優(yōu)切換點(diǎn)隨著系統(tǒng)參數(shù)的改變而改變從而造成觀測(cè)器性能的下