交流主動磁軸承模糊自抗擾解耦控制及渦流損耗研究.pdf

1、磁懸浮軸承也稱磁力軸承或磁軸承,是一種新型高性能軸承,它利用電磁力將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮于空間,從而實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子間無任何機(jī)械接觸,是集機(jī)械學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)和控制工程等多門學(xué)科于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品,具有無摩擦、無磨損、不需潤滑、無油污染、高速度、高精度及壽命長等優(yōu)點(diǎn),從根本上克服了傳統(tǒng)軸承的缺點(diǎn),在航空航天、機(jī)械加工、醫(yī)療和能源等領(lǐng)域有著廣泛潛在的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外對磁軸承的研究多為直流驅(qū)動式磁軸承,而直流功放相對于三相逆變器具有成本高

2、、體積大及功耗大的缺點(diǎn)。本文在江蘇大學(xué)高級人才專項(xiàng)基金支持下,研究設(shè)計(jì)了一種由三相逆變器驅(qū)動的新型三極交流主動磁軸承,并在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了五自由度交流主動磁軸承和進(jìn)行了磁軸承渦流損耗分析。本文將模糊自抗擾控制方法應(yīng)用到五自由度交流主動磁軸承解耦控制中,建立了數(shù)學(xué)模型和推導(dǎo)了解耦控制算法。具體的研究工作如下:
　　 首先,介紹了五自由度交流主動磁軸承的總體結(jié)構(gòu)及工作原理,采用等效磁路法對軸向磁軸承和二自由度交流主動磁軸承的磁路進(jìn)行

3、了分析,推導(dǎo)出了它們的數(shù)學(xué)模型,建立了五自由度交流主動磁軸承的狀態(tài)方程,并給出了五自由度交流主動磁軸承系統(tǒng)參數(shù)。
　　 其次,介紹了模糊自抗擾控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,設(shè)計(jì)了軸向磁軸承模糊自抗擾控制器,并進(jìn)行了仿真試驗(yàn)及性能分析;然后闡述了模糊自抗擾解耦控制方案,設(shè)計(jì)了五自由度交流主動磁軸承模糊自抗擾解耦控制系統(tǒng),并進(jìn)行了系統(tǒng)階躍響應(yīng)、轉(zhuǎn)子起浮、干擾及解耦仿真試驗(yàn)。仿真試驗(yàn)表明,模糊自抗擾控制策略很好地實(shí)現(xiàn)了五自由度交流主動磁

4、軸承各自由度間的位移及電磁的動態(tài)解耦控制,轉(zhuǎn)子能夠穩(wěn)定懸浮,磁軸承系統(tǒng)的五個自由度可以獨(dú)立控制,且具有良好的動、靜態(tài)性能。
　　 再次,介紹了電磁場的基本理論及有限元分析法,闡述了磁軸承渦流損耗及磁滯損耗的產(chǎn)生機(jī)理和集膚效應(yīng),利用Ansoft軟件對三極交流主動磁軸承進(jìn)行了渦流損耗分析。分析結(jié)果表明磁軸承的渦流損耗隨交流電頻率及幅值的增大而增加,當(dāng)電流頻率過高時,會在定轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生集膚效應(yīng);而當(dāng)電流較大時,則會出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象。