轴向控制的磁浮转子系统的控制研究

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1、摘要磁悬浮轴承由于无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长、低功耗、无噪声等优点越来越受到重视，将广泛应用于航空航天、超高速超精密加工机床等高科技领域。磁轴承承载特性的好坏主要取决于其结构参数和控制系统。磁悬浮轴承的稳定性分析和控制方法可以应用到其它磁悬浮领域，因此进行磁悬浮轴承的稳定性分析和控制机理研究具有极其重要的意义。本文着重对磁悬浮控制方法和功率放大两个部分进行了研究。首先针对所设计的一种新型磁悬浮转子系统建立了单自由度磁悬浮系统数学模型。并在此基础上展开了相应的理论分析，设计了常规PID控制器和专家PID控制器。

2、通过实验表明：与常规PID控制器相比，专家PID控制器的单自由度磁悬浮转子系统有更加良好的稳定性和鲁棒性，且在较短的时间内能达到平衡，对干扰信号的抑制也取得了令人满意的效果。为了保证控制策略的顺利实现，必须有好的执行机构，为此先后设计出了线性功率放大器和H型PWM功率放大器。对功放的性能测试表明：设计出来的线性功放能完成单自由度磁悬浮平台的稳定悬浮，但提供的电流范围有限，为了解决提供电流的不足，又设计出了H型PWM功放，测试结果表明能适应磁悬浮转子系统的特殊要求。关键词：磁悬浮，数字PID，专家PID，线性功放，H

3、型PWM功放木本研究得到973课题资助Magneticbearingshasbeenpaidmoreandmoreattentionbecauseofitsmanymeritssuchasnomechanicalcontact,nowear，lowpowerloss，noneedoflubricationandlongservicelife，etc．Andtheywillbeusedinmanyfieldswithhi蚋technologywidelysuchasaircraftandhi曲speedandhigh

4、precisionmachinet001．Thestabili哆analysisandcontrolwaycanbeappliedinothermagneticsuspensionfields。Therefore，ithasgreatsignificancetoanalyzethestabili哆andresearchthecontro}mechanismofthemagneticbearings．ThispaperputstressOnthemethodofcontrolandpoweramplification

5、tothemagneticlevitation．Atfirst，singlefreedomdegreemathematicsmodelonthebasisofcurrentandvoltagecontrolledmagneticsuspensionalesetuprespectively．Morestudiesalediscussedbaseonthemathematicalmodels；theimportantthingistofindalleasyandadvancedcontrolmethod．Baseont

6、hetraditionalcontrolmethod口ID)andtheadvancedcontrolmethod(Expert—Pro)，designedtwokindsofcompensator；Andthencomparetheperformanceofthesetwocontrollersthroughexperiment．Theresultsshow：ThemagneticlevitationsystemwillbemorestableandrobustbaseontheExpert—PIDcontrol

7、theory．Thesystemcanbestablesituationinshorttime．Toenduretheearringoutofthecontrolstrategy,itisnecessarytodesigntheactuatingmechanismofgoodperformance．SowedesignseparatelylinearpoweramplifierandHtypePWMpoweramplifier．Throughperformanceadjustmentandtheresultssho

8、w：ThelinearpoweramplifierCallimpletestablelevitationofsinglefreedomdegreemagneticlevitationsystem，butitCan’tprovidehigh·current；andSOdesignHtypePWMpoweramplifier，thetestresultshowt