电磁轴承的刚度阻尼特性分析及优化研究

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1、电磁轴承的刚度阻尼特性分析及优化研究摘要本文阐述了主动电磁轴承的工作原理和特点，论述了电磁轴承的国内外发展概况，及其广泛的应用领域。文章从电磁轴承的刚度阻尼特性分析开始，介绍了电磁轴承控制系统与刚度和阻尼的关系，并分析了单自由度电磁轴承控制系统和支承刚度阻尼的数学模型，确定了PID控制系统的参数稳定域。文中采用模糊数学中的隶属度和隶属函数的方法对临界转速相对于常用工作转速点的分布状态进行了描述，并由此构造了目标函数，选取了设计变量的类型；从而成功建立了电主轴转子动力学优化数学模型。建立了某磨床用磁悬承转子系统参数化有限元模型，并对转子的支承刚度

2、进行优化计算，获得最佳支承刚度，最后求出PID控制器参数。关键词：主动电磁轴承模糊数学控制参数临界转速StiffnessDampingFeatureResearchofActiveAnalysisandOptimizationMagneticBearingAbstractInthispaper，ithasdescribedtheworkprincipleandcharacteristicsofactivemagneticbearing，andhasdissertatedthemagneticbearings’developingtrendand

3、widerangeofapplicationareas．thearticlebeginswiththeanalysisofstiffnessanddamping，hasintroducedtherelationshipbetweenstiffness，dampingandcontrolsystem．alsoanlyzedthemathematicalmodelsofasingledegreeoffreedommagneticlevitationcontrolsystemandobtainedtheparameterstabilitydomain

4、ofPIDcontrolsystem．Throughthesucceededdescriptionofthestatusofdistributingofcriticalspeedtooperatingspeeds，theobjectfunctionisconstructedbyapplicationoffuzzytheory．thechoicesofdesignvariableshavebeendonebycarefullyanalyzingthefactorsofcriticalspeedofrotorsystem．thearticleset

5、upthemathematicsmodelofoptimization．AnelectricalspindleofmagneticlevitationusedforGrindingwasdiscussed，aparameterizedFEAmodelofbearing-rotorsystemwasestablished．thestiffnessesofmagneticbearingwerecalculatedbyoptimizedmethod，andthebeststiffnesseswouldbegot．Finally，calculatedt

6、hecontrolparametersofPID．Keyword：ActiveMagneticBearingFuzzyMathematicsControlParametersCriticalSpeedofRotor图表清单图2—1单自由度控制系统示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_⋯⋯⋯⋯⋯．8图2—2差动励磁原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8图2．3磁极偏斜时候的电磁力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10图2．4控制系统原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12图2．5控

7、制系统的动态结构图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．12图3．1简单转子的临界转速特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯√⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一24图4．1模糊子集丘振动模态型型隶属函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．30图4—2模糊子集彳，正态分布型隶属函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．30图5．1优化数据流向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯39图5．2弹簧的分布示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41图5—3主轴刚度优化有限元模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l图5．4约束边

8、界图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44图5．5ANSYS分析流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．