磁力軸承的動力學特性及控制研究.pdf

1、磁力軸承是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，是支承領域的重要變革，它具有深遠的意義和廣泛的應用前景，其實用價值不可估量，具有無摩擦、無磨損、無需潤滑以及壽命長等一系列傳統(tǒng)的滾動軸承和滑動軸承所無法比擬的優(yōu)點。隨著磁力軸承技術逐漸被人們認識和掌握，磁力軸承已廣泛應用于航空航天、真空技術、機床與高速旋轉(zhuǎn)機械、能源交通等領域。磁力軸承技術是一種高新技術，其研究涉及到電磁學、控制理論、機械學、轉(zhuǎn)子動力學以及計算機科學等多個學科的知識。其中，磁力軸承控制

2、器的研究是其中至關重要的一環(huán)，控制器性能的好壞直接影響到磁力軸承的動態(tài)性能和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度。 本文首先以傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子動力學的有關理論為基礎，推導出軸承-剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和軸承．柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運動方程。接著，闡述了磁力軸承的差動驅(qū)動控制系統(tǒng)的基本原理，對系統(tǒng)電磁力進行分析和線性化處理，推導出單自由度磁力軸承的等效剛度和阻尼計算公式，并以此為基礎，詳細推導了完整的磁力軸承動力特性系數(shù)的計算公式。然后，分別對磁力軸承剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和磁力軸承柔性

3、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了數(shù)學建模，并用Riccati傳遞矩陣法結合磁力軸承的有關特點，建立了磁力軸承柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學特性計算和分析方法。最后，采用Matlab就無慣性環(huán)節(jié)和有慣性環(huán)節(jié)系統(tǒng)的PD和PID法控制效果進行仿真比較，給出了系統(tǒng)動態(tài)控制響應曲線圖，分析了PID控制器參數(shù)對控制系統(tǒng)的動態(tài)性能影響。 通過本文的研究，得到以下主要結論：磁力軸承的動力特性系數(shù)可以由八個等效的剛度阻尼系數(shù)來表示，這八個等效的動力特性系數(shù)與軸承的結構參數(shù)、