立式無軸承電機轉子定位控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、單邊軸承的低速豎直旋轉裝置在日常生活、工業(yè)生產和科學研究中有著廣泛的應用。這類裝置由于結構或功能限制，往往只有下端有機械軸承固定，而上端開放，這就使得轉子運行時的振動成為一個不容忽視的問題，并由振動衍生出噪音、設備磨損等問題。本文針對這類轉子振動問題，提出一種新型的轉子定位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由多個共用轉子的弧形直線感應電機組成，通過直線感應電機定轉子之間的法向力來對轉子進行非接觸式定位控制，以減小轉子的振動;通過直線感應電機定轉子之間的切

2、向力來驅動轉子轉動。
　　這種轉子定位控制系統(tǒng)的基本思想與磁懸浮軸承或無軸承電機系統(tǒng)相同，都是通過對轉子施加非接觸的電磁力來控制轉子位置。但是，傳統(tǒng)的磁懸浮軸承主要研究的是高速水平轉子，而對于低速豎直轉子則研究較少。在低速豎直轉子的運動中存在著許多特殊情況:首先，低速情形下，轉子本身是一個不穩(wěn)定的系統(tǒng);其次，豎直情形下，轉子的運動中將會呈現更為復雜的非線性動力學特性。這些特點使得豎直低速轉子的定位控制原理變得更為復雜。另一方面，傳

3、統(tǒng)的無軸承電機方案，是通過在定子繞組中附加懸浮繞組來實現轉子懸浮，原理、結構和工藝都比較復雜，而采用多個直線感應電機來進行轉子定位控制，則可以省去附加繞組，使得電機結構簡單、加工容易。因此，本文的研究既具有一定的理論難度，又具有一定的應用前景。
　　本文首先提出了基于共用轉子的多弧形直線電機的豎直轉子定位控制系統(tǒng)的基本結構，并對構成控制系統(tǒng)各個主要模塊的功能及數學模型進行了介紹，重點討論了多直線電機結構的轉子驅動機理。其次對控制系

4、統(tǒng)的執(zhí)行器——直線感應電機的解耦控制進行了討論，提出了基于穩(wěn)態(tài)性能的法向力和切向力解耦算法，將其推廣到動態(tài)過程中。仿真結果顯示，該算法基本實現了法向力和切向力的解耦，這使得本文可以把研究重點集中于采用法向力實現豎直轉子的定位控制。
　　在上述研究基礎上，本文提出了基于陀螺效應原理的轉子定位控制算法，并通過仿真將其與基于線性系統(tǒng)理論的極點配置控制算法效果進行了對比。對比結果表明，基于陀螺效應的轉子定位算法具有較好的魯棒性。
　

5、　在轉子的運轉過程中，各種不確定性和非線性特性都會對轉子的定位控制產生不利影響。為了克服這些不確定性的影響，本文研究了基于(I)1自適應控制理論的轉子定位系統(tǒng)的控制策略，從理論上分析了自適應控制系統(tǒng)的輸入狀態(tài)穩(wěn)定性問題，通過仿真考察了自適應增益對自適應控制系統(tǒng)的性能和效果。
　　接下來，針對轉子啟動過程，探討了在自轉轉速動態(tài)過程中轉子的定位算法的有效性，通過仿真比較了在轉子加速過程中各種定位算法的局限性和優(yōu)劣，并提出了一種基于反饋

6、線性化的轉子定位算法，用以實現在加速過程中的可靠定位。
　　最后，本文設計研制了基于dSPACE的轉子定位控制實驗臺，以其為基礎進行了定位控制策略的模擬實驗，驗證了基于陀螺效應和基于(I)1自適應控制理論的定位控制策略的有效性。實驗結果表明，基于陀螺效應的定位控制策略能夠明顯減小豎直轉子自轉時主軸偏離豎直位置的偏角，而基于(I)1自適應控制理論的定位策略能夠在此基礎上進一步減小豎直轉子主軸偏角。說明定位控制策略能夠有效減小豎直轉子